CN111423217B - 一种快速导热的火道墙砖的配方、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速导热的火道墙砖的配方、制备方法及应用，属于火道墙砖领域，该快速导热的火道墙砖的配方包括45～60％的高铝矾土颗粒、11～20％的高导热组分颗粒、10～25％的高铝或和焦宝石细粉、2～15％的结合粘土、0～5％的氧化硅微粉、2～4％的液体纸浆或1～2％的纸浆干粉以及0～5％的水。该火道墙砖导热系数高，能够有效地提高使用热效率，降低传统使用热损失、节约能源，减少碳排放，同时具备良好的耐热性能，可有效地降低铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉等焙烧设备的运行成本和提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于火道墙砖技术领域，具体涉及一种快速导热的火道墙砖的配方、制备方法及应用。
背景技术
国内外长期己来一直使用的传统粘土砖和高铝砖砌筑炭素焙烧炉有两种形式：敞开式环式焙烧炉和有盖式焙烧炉。这两种焙烧炉主要用于铝用炭素阳极焙烧和炼钢用电极焙烧。目前市面上铝用炭素阳极焙烧均采用敞开式环式焙烧炉，其热量随着负压烟气被带走，热损失近一半，燃料消耗大，碳排放高，影响使用成本，不利于企业可持续发展。
因此，降低铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉和钢阳极焙烧炉的燃料消耗、减少碳排放及提高炉子使用寿命，一直是炭素行业长期探索和研究的重大课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速导热的火道墙砖的配方、制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种快速导热的火道墙砖的配方，所述的配方包括如下以质量百分数计的组分：
高铝矾土颗粒45～60％；
高导热组分颗粒11～20％；
高铝和或焦宝石细粉10～25％；
结合粘土2～15％；
氧化硅微粉0～5％；
水0～5％。
该快速导热的火道墙砖的配方还具备如下技术特征：
所述高导热组分颗粒的导热系数大于50W/m·K。
所述高铝矾土颗粒和所述高导热组分颗粒的颗粒直径均为0.1～10mm。
所述高铝矾土颗粒为氧化铝含量在60～80％的耐火集料，所述高铝细粉为氧化铝含量在70％以上的耐火集料。
所述高导热组分颗粒为氮化硅材料、碳化硅含量在70％以上的碳化硅材料或氮化硅与碳化硅含量在70％以上的氮化硅和碳化硅组合物。
所述高铝细分还可以为焦宝石细粉。
所述高铝细粉和焦宝石细粉的颗粒直径均小于0.1mm。
其次，本发明还提高一种快速导热的火道墙砖的制备方法，包括按照上述的配方制备快速导热的火道墙砖；所述的制备方法包括如下步骤：
S1、将10～25％的颗粒直径小于0.1mm的高铝细粉或焦宝石细粉和2～15％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将45～60％的颗粒直径为0.1～10mm的高铝矾土颗粒和11～20％的颗粒直径为0.1～10mm的高导热组分颗粒通过混料设备将高铝矾土和高导热组分颗粒干混2～5分钟，外加2～4％的液体纸浆或1～2％的纸浆干粉混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入混合细粉，再加入0～5％的氧化硅微粉和0～5％的水，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1300～1550℃的温度下非氧化气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
作为一种快速导热的火道墙砖的制备方法中优选的，所述混料设备为湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机。
该快速导热砖用于铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉的火道墙的快速导热。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的火道墙砖能够有效地快速导热，导热系数≥4.5W/m·K，可有效地降低燃烧的热量损耗，降低燃料损耗，能够有效的降低铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉等焙烧设备的运行成本；并且具备良好的耐热性能，可有效地避免热量过大导致墙体损坏，大大提高了铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉等焙烧设备的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1
一种快速导热的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将20％的氧化铝含量在70％的高铝矾土细粉和10％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将52％的氧化铝含量在70％的高铝矾土熟料颗粒和18％的碳化硅含量在90％的碳化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加4％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入20％的氧化铝含量在70％的高铝矾土细粉与10％的结合粘土混合的混合组分，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1400℃的温度下非氧化气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
碳化硅颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例2
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将22％的氧化铝含量在75％的高铝矾土细粉和12％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将58％的氧化铝含量在75％的高铝矾土熟料颗粒和12％的碳化硅含量在90％的氮化硅和碳化硅组合物颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加4％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入22％的氧化铝含量在75％的高铝矾土细粉与12％的结合粘土混合的混合组分，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1420℃的温度下弱还原气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
氮化硅和碳化硅组合物颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例3
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉和12％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将57％的氧化铝含量在80％的高铝矾土熟料颗粒和13％的碳化硅含量在90％的碳化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加4％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉与12％的结合粘土混合的混合组分，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1400℃的温度下弱还原气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
碳化硅颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例4
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉和12％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将58％的氧化铝含量在70％的高铝矾土熟料颗粒、2％的氮化硅颗粒和10％的碳化硅含量在90％的碳化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加4％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉与12％的结合粘土混合的混合组分，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1430℃的温度下烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
氮化硅颗粒的颗粒直径为0.1～1mm；
碳化硅颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例5
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将22％的氧化铝含量在85％的高铝矾土细粉和12％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将58％的氧化铝含量在70％的高铝矾土熟料颗粒、16％的碳化硅含量在90％的碳化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加4％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入22％的氧化铝含量在85％的高铝矾土细粉与12％的结合粘土混合的混合组分，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1450℃的温度下弱还原气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
碳化硅颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例6
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将24％的氧化铝含量在70％的高铝矾土细粉和3％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将50％的氧化铝含量在75％的高铝矾土熟料颗粒、20％的碳化硅含量在80％的碳化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加1％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入24％的氧化铝含量在70％的高铝矾土细粉与3％的结合粘土混合的混合组分，再加入3％的氧化硅微粉和3％的水，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1400℃的温度下弱还原气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
氮化硅颗粒的颗粒直径为0.1～1mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实施例7
一种快速导热火的火道墙砖的制备方法，包括如下步骤：
S1、将22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉和12％的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将58％的氧化铝含量在70％的高铝矾土熟料颗粒、11％的氮化硅颗粒通过湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机干混2～5分钟，外加1％的液体纸浆混合2～5分钟，按照1.2～1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入22％的氧化铝含量在80％的高铝矾土细粉与12％的结合粘土混合的混合组分，再加入3％的氧化硅微粉和3％的水，湿碾10～20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8～12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110～160度的温度下干燥12～24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1400℃的温度下弱还原气氛烧制4～12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
其中：
高铝矾土熟料颗粒的颗粒直径为0.1～8mm；
氮化硅颗粒的颗粒直径为0.1～1mm；
碳化硅颗粒的颗粒直径为0.1～5mm；
高铝矾土细粉的颗粒直径小于0.1mm。
实验对比
该快速导热的火道墙砖与传统火道墙砌筑材料相比，物理指标如表1所示：
表1、快速导热砖与传统火道墙砌筑材料常规物理指标比较
| 检测项目 | 快速导热砖 | 粘土砖 |
| 体积密度/g.cm-3 | 2.34 | 2.23-2.29 |
| 显气孔率/％ | 19 | 19.5-22.2 |
| 常温耐压强度/MPa | 64.2 | 36.0-58.0 |
| 热震稳定性(1100℃水冷)/次 | ≥15 | 13 |
| 荷重软化温度(T0.6％)/℃ | ＞1450 | 1349 |
从表1中可以看出新材料砖的各项物理指标性能都优于传统火道墙砌筑材料。目前阳极焙烧炉所采用的火道墙砖最高承受温度在1400℃以下。为了保证阳极产品质量，焙烧炉火道温度必须要升到1200℃时，阳极产品温度才能达到所需要的焙烧温度1080℃。要保证达到上述两个温度的要求，阳极焙烧炉火道的局部温度将超过其所能承受的温度，影响炉子的使用寿命。
该快速导热砖的荷重软化温度(T0.6％)/℃＞1450℃，而传统砖荷重软化温度(T0.6％)/℃仅有1349℃，用快速导热砖砌筑的焙烧炉火道墙在温度降为1150℃的条件下，仍能使阳极制品的焙烧温度达到1100℃，超出了合格阳极制品原定的焙烧温度。焙烧温度升高，有利于降低阳极产品的电阻率，从而有效降低电解铝过程中毛耗、掉渣和阳极电压降的问题，为电解铝生产降低炭耗和电耗创造了有利条件。
将该快速导热砖砌筑成火道墙进行试验，对试验数据对比分析后，其使用寿命将会比传统焙烧火道墙提高一倍，考虑到生产中的人为和机械损坏等因素，保守估计至少可以延长50％的使用寿命。据此计算，将可使焙烧炉在阳极生产中所占的成本降低40-50％。
该快速导热的火道墙砖与传统材料砖相比，检测导热系数如表2所示：
表2、导热砖与传统材料砖的导热系数比较
从表2中可以考出快速导热砖带热系数高出传统材料砖的3倍，通过在青海铝、抚顺铝、云铝试验发现，快速导热砖砌筑的火道墙比传统材料砖砌筑的火道墙升温速度快；将快速导热砖砌筑的火道墙在焙烧使用过程中，阳极焙烧过程缩短生产的运行曲线，焙烧周期从168小时缩短为144小时、甚至更短，因快速导热砖具有升温快,而冷却也快的特点，焙烧周期的缩短将有效提高阳极焙烧炉的生产能力己达14.2％、节能效果已达到25％,减轻企业负担、也为社会人类环境多创造一遍蓝天；按吨阳极产品节约天然气25Nm3计算，每吨成品炭块可减少CO2排放量大于30kg，该成果能够为炭素和铝用生产行业的节能减排和提高经济效益奠定了扎实的基础，开创了一条新的发展之路，为节能减排起着重大意义。
该火道墙砖能够有效地导热，导热系数高，可有效地降低燃烧的热量损耗，降低燃料损耗，减少碳排放，能够有效的降低铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉等焙烧设备的运行成本；并且具备良好的耐热性能，可有效地避免热量过大导致墙体损坏，大大提高了铝用炭素阳极焙烧炉、阴极焙烧炉、罐式锻烧炉和煤礁化炉及钢阳极焙烧炉等焙烧设备的使用寿命。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种快速导热的火道墙砖的制备方法，其特征在于，原料包括如下以质量百分数计的组分：
高铝矾土颗粒45~60%；
高导热组分颗粒11~20%；
高铝或/和焦宝石细粉20~25%；
结合粘土2~15%；
氧化硅微粉3~5%；
水3~5%；
所述高导热组分颗粒为氮化硅材料或氮化硅与碳化硅含量在70%以上的氮化硅和碳化硅组合物；
所述高导热组分颗粒的导热系数大于50W/m.K；
所述高铝矾土颗粒和所述高导热组分颗粒的颗粒直径均为0.1~10mm；
所述高铝细粉和焦宝石细粉的颗粒直径均小于0.1mm；
所述的一种快速导热的火道墙砖制备方法包括如下步骤：
S1、将20~25%的颗粒直径小于0.1mm的高铝细粉或焦宝石细粉和2~15%的结合粘土混合均匀，备用；
S2、将45~60%的颗粒直径为0.1~10mm的高铝矾土颗粒和11~20%的颗粒直径为0.1~10mm的高导热组分颗粒通过混料设备将高铝矾土和高导热组分颗粒干混2~5分钟，外加2~4%的液体纸浆或1~2%的纸浆干粉混合2~5分钟，按照1.2~1.8:1颗粒料与细粉的质量比例加入混合细粉，再加入3~5%的氧化硅微粉和3~5%的水，湿碾10~20分钟制备成泥料；
S3、将S2中制备好的泥料困料8~12小时；
S4、用吨位在400吨以上的压砖机将泥料压制成砖坯，并将砖坯置于温度为110~160度的温度下干燥12~24小时；
S5、将干燥好的砖坯装入燃气高温窑中，在1300~1550℃的温度下非氧化气氛烧制4~12小时；
S6、待烧制好的砖坯自然冷却后，拣选、验收、包装。
2.根据权利要求1所述的快速导热的火道墙砖的制备方法，其特征在于，所述高铝矾土颗粒为氧化铝含量在60~80%的耐火集料，所述高铝细粉为氧化铝含量在70%以上的耐火集料。
3.根据权利要求1所述的快速导热的火道墙砖的制备方法，其特征在于，所述混料设备为湿碾机、行星式强制混合机或高速混合机。
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