CN111116216A - 一种高利用率再生铝碳化硅碳砖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，包括以下成分：废旧铁沟料回收物、叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂。其中废旧铁沟料回收物为废旧铁沟料去除杂质、铝单质和金属铁后的回收物；加入通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯，该改性氧化石墨烯不但可以与各种无机原料反应形成稳定的网络结构，而且还可以与酚醛树脂反应，使该材料的显气孔率更低，碳砖的强度更高。本发明的高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，不但对废旧铁沟料的利用率高，而且制备的碳砖的物性显著提升，达到了低成本、高性能的技术效果。

Description

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种高利用率再生铝碳化硅碳砖及其制造方法。

背景技术

近年来，随着我国钢铁行业的高速发展，每年消耗的耐火材料数量也急剧增加，与此同时，每年报废的耐火材料也显著增加。这些工业垃圾不仅占用了大量的空间，也污染了环境。

目前的大中型高炉出铁沟用耐火材料主要是 Al₂O₃-SiC-C浇注料，一般由耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂、水或其他液体材料组成，可以在使用现场以振动浇注、自流浇注等方法成型，大中型钢铁企业每年有大量的出铁口浇注料因拆炉被废弃掉。中国发明专利CN103922771A公开了一种采用废弃铁沟料生产的蓄铁沟浇注料，该发明充分利用了废旧材料，从而大幅降低本发明的综合成本，但是制备的铁沟浇注料的性能较差，对回收料的利用率也较低。为了提高废弃物料的利用率，本发明提供了一种回收废旧铁沟料，并制备再生铝碳化硅碳砖的方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高利用率再生铝碳化硅碳砖及其制造方法。

本发明的技术方案如下：一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，包括以下成分：废旧铁沟料回收物、叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂。

优选的，所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，由以下重量百分比的成分组成：废旧铁沟料回收物 35-55%、叶腊石 5-15%、碳化硅 6-12%、矾土 15-25%、石墨 5-10%、硅微粉1-3%、改性氧化石墨烯 0.2-0.5%和酚醛树脂 余量。

优选的，所述的废旧铁沟料回收物，按照粒径不同分为两部分，其中3-5mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的10-25%，0-3mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的20-35%。

优选的，所述的碳化硅为市购SiC含量≥90%的碳化硅；所述的矾土为市购Al₂O₃含量≥90%的铝矾土；所述的石墨为195鳞片石墨。

优选的，所述的叶腊石的粒径为1-3mm；所述的碳化硅、矾土和硅微粉的粒径均为200目；所述的石墨的粒径为170目。

优选的，所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。

优选的，所述的酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂。

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，包括以下步骤：

A、将高炉铁沟使用后的废旧铁沟料进行挑选，剔除表面渣铁层及其他杂质；

B、挑选后的材料进行水化处理，排除铁沟料生产过程中加入的残余金属铝；

C、对水化后的铁沟料进行烘烤，排除材料中水份，水份低于0.1%时备用；

D、处理后的废旧铁沟料通过鄂破、对辊进行破碎成颗粒料,颗粒料经除铁系统除铁；

E、破碎后的颗粒料装袋，备用，即为废旧铁沟料回收物；

F、将碳化硅、矾土、石墨和硅微粉按照粒径要求进行粉碎；

G、将废旧铁沟料回收物与叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂进行搅拌、成型、200-250℃烘烤20-30h，即可。

优选的，所述的步骤A中的废旧铁沟料，包括以下成分：氧化铝 73-77%、碳化硅12-15%、氧化钙 0.4-0.6%、碳 0.5-0.8%、余量为不可避免的杂质。

本发明的有益之处在于：本发明的高利用率再生铝碳化硅碳砖，包括以下成分：废旧铁沟料回收物、叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂。其中废旧铁沟料回收物为废旧铁沟料去除杂质、铝单质和金属铁后的回收物；加入通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯，该改性氧化石墨烯不但可以与各种无机原料反应形成稳定的网络结构，而且还可以与酚醛树脂反应，使该材料的气孔率更低，碳砖的强度更高。本发明的高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，不但对废旧铁沟料的利用率高，而且制备的碳砖的物性显著提升，达到了低成本、高性能的技术效果。

具体实施方式

实施例1

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，由以下重量百分比的成分组成：废旧铁沟料回收物48%、叶腊石 12%、碳化硅 10%、矾土 18%、石墨 6%、硅微粉 1.5%、改性氧化石墨烯 0.3%和酚醛树脂 余量。

所述的废旧铁沟料回收物，按照粒径不同分为两部分，其中3-5mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的20%，0-3mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的28%。

所述的碳化硅为市购SiC含量≥90%的碳化硅；所述的矾土为市购Al₂O₃含量≥90%的铝矾土；所述的石墨为195鳞片石墨。

所述的叶腊石的粒径为1-3mm；所述的碳化硅、矾土和硅微粉的粒径均为200目；所述的石墨的粒径为170目。

所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。该改性氧化石墨烯的制备方法参考中国发明专利CN106350153A 中实施例2中的制备方法，具体方法如下：所述的改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将500g的不同的十八烷基胺和50g KH570溶于50L的95v/v%乙醇中，超声分散60min，配成均一溶液，将其迅速倒入含有50L的10mg/mL的氧化石墨烯水溶液带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100℃加热，反应3h，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇作溶剂与固体物混合，将产物在10000r/min下离心25min，重复离心三次，除去未反应的有机胺，真空抽滤产物，并用大量去离子水冲洗三次，将滤饼在真空30℃下干燥过夜，最后得到浅黑色粉末长链脂肪胺改性的氧化石墨烯。

所述的酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂。

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，包括以下步骤：

A、将高炉铁沟使用后的废旧铁沟料进行挑选，剔除表面渣铁层及其他杂质；

B、挑选后的材料进行水化处理，排除铁沟料生产过程中加入的残余金属铝；

C、对水化后的铁沟料进行烘烤，排除材料中水份，水份低于0.1%时备用；

D、处理后的废旧铁沟料通过鄂破、对辊进行破碎成颗粒料,颗粒料经除铁系统除铁；

E、破碎后的颗粒料装袋，备用，即为废旧铁沟料回收物；

F、将碳化硅、矾土、石墨和硅微粉按照粒径要求进行粉碎；

G、将废旧铁沟料回收物与叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂进行搅拌、成型、215℃烘烤24h，即可。

所述的步骤A中的废旧铁沟料，包括以下成分：氧化铝 75.7%、碳化硅 13.55%、氧化钙 0.52%、碳 0.66%、余量为不可避免的杂质。

实施例2

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，由以下重量百分比的成分组成：废旧铁沟料回收物55%、叶腊石 5%、碳化硅 12%、矾土 15%、石墨 5%、硅微粉 3%、改性氧化石墨烯 0.2%和酚醛树脂 余量。

所述的废旧铁沟料回收物，按照粒径不同分为两部分，其中3-5mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的20%，0-3mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的35%。

所述的碳化硅为市购SiC含量≥90%的碳化硅；所述的矾土为市购Al₂O₃含量≥90%的铝矾土；所述的石墨为195鳞片石墨。

所述的叶腊石的粒径为1-3mm；所述的碳化硅、矾土和硅微粉的粒径均为200目；所述的石墨的粒径为170目。

所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。该改性氧化石墨烯的制备方法参考中国发明专利CN106350153A 中实施例2中的制备方法。

所述的酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂。

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，包括以下步骤：

A、将高炉铁沟使用后的废旧铁沟料进行挑选，剔除表面渣铁层及其他杂质；

B、挑选后的材料进行水化处理，排除铁沟料生产过程中加入的残余金属铝；

C、对水化后的铁沟料进行烘烤，排除材料中水份，水份低于0.1%时备用；

D、处理后的废旧铁沟料通过鄂破、对辊进行破碎成颗粒料,颗粒料经除铁系统除铁；

E、破碎后的颗粒料装袋，备用，即为废旧铁沟料回收物；

F、将碳化硅、矾土、石墨和硅微粉按照粒径要求进行粉碎；

G、将废旧铁沟料回收物与叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂进行搅拌、成型、250℃烘烤20h，即可。

所述的步骤A中的废旧铁沟料，包括以下成分：氧化铝 76.5%、碳化硅 12.4%、氧化钙 0.55%、碳 0.62%、余量为不可避免的杂质。

实施例3

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，由以下重量百分比的成分组成：废旧铁沟料回收物35%、叶腊石 15%、碳化硅 12%、矾土 25%、石墨 5%、硅微粉 3%、改性氧化石墨烯 0.5%和酚醛树脂 余量。

所述的废旧铁沟料回收物，按照粒径不同分为两部分，其中3-5mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的10%，0-3mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的25%。

所述的碳化硅为市购SiC含量≥90%的碳化硅；所述的矾土为市购Al₂O₃含量≥90%的铝矾土；所述的石墨为195鳞片石墨。

所述的叶腊石的粒径为1-3mm；所述的碳化硅、矾土和硅微粉的粒径均为200目；所述的石墨的粒径为170目。

所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。该改性氧化石墨烯的制备方法参考中国发明专利CN106350153A 中实施例2中的制备方法。

所述的酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂。

一种高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，包括以下步骤：

A、将高炉铁沟使用后的废旧铁沟料进行挑选，剔除表面渣铁层及其他杂质；

B、挑选后的材料进行水化处理，排除铁沟料生产过程中加入的残余金属铝；

C、对水化后的铁沟料进行烘烤，排除材料中水份，水份低于0.1%时备用；

D、处理后的废旧铁沟料通过鄂破、对辊进行破碎成颗粒料,颗粒料经除铁系统除铁；

E、破碎后的颗粒料装袋，备用，即为废旧铁沟料回收物；

F、将碳化硅、矾土、石墨和硅微粉按照粒径要求进行粉碎；

G、将废旧铁沟料回收物与叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂进行搅拌、成型、200℃烘烤30h，即可。

所述的步骤A中的废旧铁沟料，包括以下成分：氧化铝 73.2%、碳化硅 14.7%、氧化钙 0.44%、碳 0.75%、余量为不可避免的杂质。

对比例1

将实施例1中的改性氧化石墨烯去除，其余配比和制造方法不变。

对比例2

将实施例1中的改性氧化石墨烯替换为同质量的氧化石墨烯、长链脂肪族胺和硅烷偶联剂，其余配比和制造方法不变。

以下对实施例1-3和对比例1的样品进行物性测试，得到如下测试结果，具体测试结果见表1。

表1：实施例1-3和对比例1的样品物性测试结果；

	耐压强度MPa	体积密度g/m<sup>3</sup>	显气孔率%
				实施例1	56.5	2.78	5.3
实施例2	56.2	2.75	5.3
				实施例3	58.1	2.80	5.6
对比例1	44.6	2.81	8.2
				对比例2	47.3	2.80	7.4

由以上测试数据可以知道，本发明的高利用率再生铝碳化硅碳砖中，加入改性氧化石墨烯可以显著提升碳砖的耐压强度，降低显气孔率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，包括以下成分：废旧铁沟料回收物、叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂。

2.如权利要求1所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：废旧铁沟料回收物 35-55%、叶腊石 5-15%、碳化硅 6-12%、矾土 15-25%、石墨5-10%、硅微粉 1-3%、改性氧化石墨烯 0.2-0.5%和酚醛树脂 余量。

3.如权利要求1所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，所述的废旧铁沟料回收物，按照粒径不同分为两部分，其中3-5mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的10-25%，0-3mm的废旧铁沟料回收物占碳砖重量的20-35%。

4.如权利要求1或2所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，所述的碳化硅为市购SiC含量≥90%的碳化硅；所述的矾土为市购Al₂O₃含量≥90%的铝矾土；所述的石墨为195鳞片石墨。

5.如权利要求1或2所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，所述的叶腊石的粒径为1-3mm；所述的碳化硅、矾土和硅微粉的粒径均为200目；所述的石墨的粒径为170目。

6.如权利要求1或2所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。

7.如权利要求1或2所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖，其特征在于，所述的酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂。

8.一种高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将高炉铁沟使用后的废旧铁沟料进行挑选，剔除表面渣铁层及其他杂质；

B、挑选后的材料进行水化处理，排除铁沟料生产过程中加入的残余金属铝；

C、对水化后的铁沟料进行烘烤，排除材料中水份，水份低于0.1%时备用；

D、处理后的废旧铁沟料通过鄂破、对辊进行破碎成颗粒料,颗粒料经除铁系统除铁；

E、破碎后的颗粒料装袋，备用，即为废旧铁沟料回收物；

F、将碳化硅、矾土、石墨和硅微粉按照粒径要求进行粉碎；

G、将废旧铁沟料回收物与叶腊石、碳化硅、矾土、石墨、硅微粉、改性氧化石墨烯和酚醛树脂进行搅拌、成型、200-250℃烘烤20-30h，即可。

9.如权利要求8所述的高利用率再生铝碳化硅碳砖的制造方法，其特征在于，所述的步骤A中的废旧铁沟料，包括以下成分：氧化铝 73-77%、碳化硅 12-15%、氧化钙 0.4-0.6%、碳0.5-0.8%、余量为不可避免的杂质。