CN112794724A - 一种定向导热碳素捣打料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定向导热碳素捣打料，组成按质量百分数计如下：石墨电极碎废料40～50wt％；磷片石墨3～12wt％；石墨粉25～35wt％；煤焦油15～20wt％。先将石墨电极碎废料、磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3‑5min；然后加入大约一半的煤焦油中速搅拌5‑10min；再加入石墨粉先中速搅拌5‑10min，后高速搅拌搅拌5‑10min；最后加入剩余的煤焦油，高速搅拌10‑15min达到捣打成型的状态，得到定向导热碳素捣打料。本发明所采用的原料具有性质稳定、来源广泛和价格低廉的特点，不仅工艺简单、节能环保，而且所制得的碳素捣打料具有一定的缓冲性能，能在低温固化后吸收碳砖因受热产生的膨胀，避免炉壳开裂，还利用了定向的导热性能对高炉进行有效的冷却，保障高炉的长期稳定运行。

Description

一种定向导热碳素捣打料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种定向导热碳素捣打料及其制备方法。
背景技术
随着国家经济形势的发展，钢铁行业走上去产能、绿色发展的道路，高炉建设不断大型化、现代代，而这对高炉砌筑技术和其砌筑所用的材料提出了更高的要求。如炉熔、碳砖材质、结构和与碳砖相匹配的碳素捣打料等。在高炉建设中，碳素捣打料主要用于炉底碳砖与炉底水冷管之间、高炉炉底碳砖与冷却壁之间、炉底碳砖与炉壳之间缝隙及碳砖之间宽缝的填充。要求所使用的碳素捣打料具有一定的强度和致密性，达到不渗漏铁水和煤气的目的，同时能缓冲碳砖因受热而产生的形变，防止炉壳因受力过大而开裂，并且需要拥有高导热性维持高炉的正常运行。目前的碳素捣打料存在以下问题(1)导热性能不佳，不利于高炉冷却，降低其使用寿命。(2)产品原料来源单一，成本高，不利于企业大规模生产应用。
“一种碳素捣打料及其制备方法”(CN201710618248.8)专利技术利用多聚磷酸、马来酸等外加剂预处理粉料，原料来源广泛，但添加的各类外加剂种类繁多且价格昂贵，施工程序复杂且周期长，不利于大规模生产应用。
“一种高导热碳素捣打料及其制备方法”(CN201310344749.3)专利技术利用改性复合热固树脂为结合剂，以高碳复合微粉代替传统细粉，导热性能好，但采用材料所使用的原料价格昂贵，并且其导热性能并未得到充分的利用。。
“一种碳素耐火捣打料及其制备方法”(CN20081009354.0)专利技术利用焦碳废料代替无烟煤、石墨等传统原料，减少成本和冶炼原料产生的污染，但焦碳废料中的碳含量低，导致材料导热性能差，无法满足现代高炉的导热要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种定向导热的碳素捣打料及其制备方法，利用了定向的导热性能对高炉进行有效的冷却，同时还为石墨电极碎废料提供了一种资源化利用途径。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种定向导热碳素捣打料，其组成按质量百分数计如下：
石墨电极碎废料40～50wt％；
磷片石墨3～12wt％；
石墨粉25～35wt％；
煤焦油15～20wt％。
按上述方案，所述的石墨电极碎废料的固定碳≥99wt％，灰分≦0.4wt％，粒度小于5mm。
按上述方案，所述的磷片石墨的固定碳≥99wt％，灰分≦0.4wt％，粒度为0.15～0.18mm。
按上述方案，所述的石墨粉的固定碳≥99wt％，粒度小于0.074mm。
按上述方案，所述煤焦油的密度1.15～1.21g/cm3，水分≦4.0wt％，灰分≦0.13wt％。
上述定向导热碳素捣打料的制备方法，包括以下步骤：
先将石墨电极碎废料、磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min；
然后加入大约一半的煤焦油中速搅拌5-10min；
再加入石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min；
最后加入剩余的煤焦油，高速搅拌10-15min达到捣打成型的状态，得到定向导热碳素捣打料。
按上述方案，所述中速搅拌的速率为40r/min，高速搅拌的速率为60r/min。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用的石墨电极碎废料不仅纯度高、性质稳定，能有效的提高材料的导热性，而且来源广泛、价格低廉。此外石墨电极碎本身经过混捏、焙烧、多次浸渍，当作为耐火原材料时与磷片石墨、石墨粉亲和性强，高温烧结时其石墨化的碳结构能与其他材料结合紧密，提高材料的导热性能。
本发明采用的石墨粉和优质煤焦油能有效的提高了材料的导热系数，并且其在高温下分解生成的碳链会生成空间立体的网状结构，提高了材料的热态性能，使材料具有一定的缓冲能力，可以有效的缓解碳砖之间的因受热而产生的形变作用力。
本发明利用的鳞片石墨具有优良的定向导热性能，应用于碳砖之间宽缝，根据捣打料的施工特点，让其在材料的三维立体网状结构中定向分布，制得的碳素捣打料在垂直于捣打方向的导热系数高，而捣打方向的导热系数低，实现了对碳素捣打料结构和性能的精确控制。
本发明所采用的原料具有性质稳定、来源广泛和价格低廉的特点，不仅工艺简单、节能环保，而且所制得的碳素捣打料具有一定的缓冲性能，能在低温固化后吸收碳砖因受热产生的膨胀，避免炉壳开裂，还利用了定向的导热性能对高炉进行有效的冷却，保障高炉的长期稳定运行。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施利用所用原材料如下：
石墨电极碎废料的固定碳≥99wt％，灰分≦0.4wt％，粒度为0～5mm；
磷片石墨的固定碳≥99wt％，灰分≦0.3wt％，粒度为0.15～0.18mm；
石墨粉的固定碳≥99wt％，粒度小于0.074mm；
煤焦油的密度1.15～1.21g/m3，水分≦4.0wt％，灰分≦0.13wt％。
实施例1
粒度0～5mm石墨电极碎废料48wt％；
粒度为0.15～0.18mm的磷片石墨为12wt％；
粒度小于0.074mm的石墨粉为25wt％；
优质焦油为15wt％。
所述的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料及其制备方法是：先将粒度为0～5mm的石墨电极碎废料、粒度0.15～0.18mm的磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min，然后加入8～10wt％的优质焦油中速搅拌5-10min，再加入粒度小于0.074mm的石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min，最后加入剩余的焦油，高速搅拌10-15min达到能捣打成型的状态，制得一种定向导热碳素捣打料。
采用低温固化的方法，对本实施例制备的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料进行检测：垂直于捣打方向的导热系数(200℃×24h)为20W/(m·K)，捣打方向的导热系数(200℃×24h)为8W/(m·K)。
实施例2
粒度0～5mm石墨电极碎废料47wt％；
粒度为0.15～0.18mm的磷片石墨为11wt％；
粒度小于0.074mm的石墨粉为26wt％；
优质焦油为16wt％。
所述的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料及其制备方法是：先将粒度为0～5mm的石墨电极碎废料、粒度0.15～0.18mm的磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min，然后加入8～10wt％的优质焦油中速搅拌5-10min，再加入粒度小于0.074mm的石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min，最后加入剩余的焦油，高速搅拌10-15min达到能捣打成型的状态，制得一种定向导热碳素捣打料。
采用低温固化的方法，对本实施例制备的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料进行检测：垂直于捣打方向的导热系数(200℃×24h)为19W/(m·K)，捣打方向的导热系数(200℃×24h)为9W/(m·K)。
实施例3
粒度0～5mm石墨电极碎废料45wt％；
粒度为0.15～0.18mm的磷片石墨为8wt％；
粒度小于0.074mm的石墨粉为30wt％；
优质焦油为17wt％。
所述的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料及其制备方法是：先将粒度为0～5mm的石墨电极碎废料、粒度0.15～0.18mm的磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min，然后加入8～10wt％的优质焦油中速搅拌5-10min，再加入粒度小于0.074mm的石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min，最后加入剩余的焦油，高速搅拌10-15min达到能捣打成型的状态，制得一种定向导热碳素捣打料。
采用低温固化的方法，对本实施例制备的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料进行检测：垂直于捣打方向的导热系数(200℃×24h)为22W/(m·K),捣打方向的导热系数(200℃×24h)为10W/(m·K)。
实施例4
粒度0～5mm石墨电极碎废料43wt％；
粒度为0.15～0.18mm的磷片石墨为4wt％；
粒度小于0.074mm的石墨粉为34wt％；
优质焦油为19wt％。
所述的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料及其制备方法是：先将粒度为0～5mm的石墨电极碎废料、粒度0.15～0.18mm的磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min，然后加入8～10wt％的优质焦油中速搅拌5-10min，再加入粒度小于0.074mm的石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min，最后加入剩余的焦油，高速搅拌10-15min达到能捣打成型的状态，制得一种定向导热碳素捣打料。
采用低温固化的方法，对本实施例制备的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料进行检测：垂直于捣打方向的导热系数(200℃×24h)为20W/(m·K),捣打方向的导热系数(200℃×24h)为11W/(m·K)。
实施例5
粒度0～5mm石墨电极碎废料42wt％；
粒度为0.15～0.18mm的磷片石墨为3wt％；
粒度小于0.074mm的石墨粉为35wt％；
优质焦油为20wt％。
所述的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料及其制备方法是：先将粒度为0～5mm的石墨电极碎废料、粒度0.15～0.18mm的磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min，然后加入8～10wt％的优质焦油中速搅拌5-10min，再加入粒度小于0.074mm的石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min，最后加入剩余的焦油，高速搅拌10-15min达到能捣打成型的状态，制得一种定向导热碳素捣打料。
采用低温固化的方法，对本实施例制备的利用石墨电极碎废料的定向导热碳素捣打料进行检测：垂直于捣打方向的导热系数(200℃×24h)为19W/(m·K)，捣打方向的导热系数(200℃×24h)为10W/(m·K)。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种定向导热碳素捣打料，其特征在于组成按质量百分数计如下：
石墨电极碎废料40～50wt％,
磷片石墨3～12wt％，
石墨粉25～35wt％，
煤焦油15～20wt％。
2.如权利要求1所述定向导热碳素捣打料，其特征在于所述的石墨电极碎废料的固定碳≥99wt％，灰分≦0.4wt％，粒度小于5mm。
3.如权利要求1所述定向导热碳素捣打料，其特征在于所述的磷片石墨的固定碳≥99wt％，灰分≦0.4wt％，粒度为0.15～0.18mm。
4.如权利要求1所述定向导热碳素捣打料，其特征在于所述的石墨粉的固定碳≥99wt％，粒度小于0.074mm。
5.如权利要求1所述定向导热碳素捣打料，其特征在于所述煤焦油的密度1.15～1.21g/cm3,水分≦4.0wt％，灰分≦0.13wt％。
6.权利要求1-5任一项所述定向导热碳素捣打料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
先将石墨电极碎废料、磷片石墨在搅拌机中进行中速搅拌3-5min；
然后加入大约一半的煤焦油中速搅拌5-10min；
再加入石墨粉先中速搅拌5-10min，后高速搅拌搅拌5-10min；
最后加入剩余的煤焦油，高速搅拌10-15min达到捣打成型的状态，得到定向导热碳素捣打料。
7.如权利要求6所述定向导热碳素捣打料的制备方法，其特征在于所述中速搅拌的速率为40r/min，高速搅拌的速率为60r/min。
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