CN113773096A - 一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，包括以下重量份数的原料：粒度为3～5mm合成莫来石0～10份，粒度为1～3mm合成莫来石20～35份，粒度≤1mm的合成莫来石10～15份，粒度≤0.5mm硅线石颗粒15～20份，粒度为0.044mm的硅线石粉15～25份，粒度为5um高温氧化铝微粉5～10份，粒度为2um的高温氧化铝微粉3～8份，粒度为0.044mm优质粘土5～10份，结合剂占总质量4～5％。本发明硅线石砖热震稳定性>30次，常温耐压强度>100MPa，显气孔率<16%，荷重软化开始温度>1680℃，具有热震稳定性好、强度高、荷软高、气孔率低、抗侵蚀、寿命长等特性。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，更具体地说，特别涉及一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖及制备方法。
背景技术
在钢铁冶炼系统中，焦炉占有重要的地位，其对耐火材料的消耗占有相当大的比例，随着高炉大型化的发展，焦炉也在向大容积发展，自2003年开始，武钢、马钢、太钢、首钢等均引进了德国伍德分段加热与废气循环相结合的2×70孔 7.63m复热式特大容积焦炉。
由于焦炉的碳化室工作是周期性的，装煤时炉墙表面温度降至600℃左右，结焦末期炉墙表面温度又升至1000～1100℃，焦炉炭化室两端的炉头，由于炉门开启时温度骤然变化，承受高温气流和炽热焦炭的冲刷，并受到冷热气流（1000℃到500℃以下）频繁更迭的变化作用，材料承受冷热冲击的考验，焦炉炉头部位用耐火材料损毁主要受热应力的作用、机械载荷作用，此部位的耐火材料必须具有良好的抗热震性好、强度高、抗磨损等综合性能。
以前大多数用粘土砖、高铝砖，使用寿命短，维修频繁，因炉头损毁，一方面导致焙烧温度降低，焦炭质量下降，另一方面造成炉头与炉门间隙增大，导致烟尘外溢，影响焦炉生产效率和作业环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖及制备方法，解决普通高铝砖在焦炉炉头等部位热震稳定性不良、高温结构强度低造成的维修频繁、使用寿命短等问题。该制品具有热震稳定性好、强度高、荷软高、气孔率低、抗侵蚀、寿命长等特性，满足温度变化频繁、抗侵蚀、抗冲刷要求高的焦炉炉头等部位使用环境要求。硅线石砖高温结构稳定，与炉墙、炉门配合良好，减少了焦炉烟尘外溢，延长炉头的使用寿命，提高整个焦炉的使用周期，可减少耐火材料对资源的消耗。使用硅线石等天然原料，采用微粉活化技术、复合结合剂等措施，实现较低温度下的充分烧结，为实现绿色低碳、节能减排、可持续发展提供了动力，同时为建设资源节约型、环境友好型的新型焦化厂创造了条件，具有良好的推广使用价值。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，包括以下重量份数的原料：
粒度为3～5mm合成莫来石 0～10份，粒度为1～3mm合成莫来石20～35份，粒度≤1mm的合成莫来石10～15份，粒度为≤0.5mm硅线石颗粒15～20份，粒度为0.044mm的硅线石粉15～25份，粒度为5um高温氧化铝微粉5～10份，粒度为2um的高温氧化铝微粉3～8份，粒度为0.044mm优质粘土5～10份，结合剂占总质量4～5％。
优选地，所述结合剂为纸浆、磷酸二氢铝、糊精溶液中任意一种或两种。
根据上述任一所述硅线石砖的制备方法，包括以下步骤：将硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土通过混合设备混合均匀制成混合粉备用；然后将合成莫来石、硅线石颗粒加入泥料混练设备中混合，然后加入定量结合剂再混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；泥料经高压成型制成砖坯，砖坯经干燥后进入高温隧道窑烧成即可得到硅线石砖。
优选地，所述混合设备为双螺旋混合机，硅线石粉、高温活性氧化铝粉和优质粘土在混合设备中混合时间为20分钟。
优选地，所述泥料混练设备为盘转式湿碾机，合成莫来石、硅线石颗粒混合时间为2～3分钟，加入结合剂后混合2～3分钟，加入混合粉后再混合6～10分钟。
优选地，泥料经高压成型制成砖坯过程中成型采用630吨电控螺旋压砖机，控制湿坯气孔率≤18%。
优选地，砖坯干燥使用隧道式干燥器干燥，干燥温度为80～130℃，控制干燥水份＜1%。
优选地，高温隧道窑焙烧温度为1360～1450℃，焙烧时间为 8～10小时。
优选地，硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土以微粉活化技术通过混合设备混合均匀制成混合粉备用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明硅线石砖热震稳定性>30次，常温耐压强度>100MPa ，显气孔率<16%，荷重软化开始温度>1680℃，具有热震稳定性好、强度高、荷软高、气孔率低、抗侵蚀、寿命长等特性。
2.高温结构稳定性强，可满足温度变化频繁、抗侵蚀、抗冲刷要求高的焦炉炉头等部位使用环境要求，延长炉头的使用寿命，提高整个焦炉的使用周期，属于绿色环保型产品。
3.使用硅线石等天然原料，采用微粉活化技术，生产工艺科学合理，工艺简单易于实现，具有良好的推广使用价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例硅线石砖进行理化性能检测结果图表；
图2是本发明硅线石砖与国标高铝砖及国内外同类产品性能对比的图表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
本发明提供一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，包括以下重量份数的原料：
粒度为3～5mm合成莫来石 2份，粒度为1～3mm合成莫来石20份和粒度≤1mm的合成莫来石10份，粒度≤0.5mm硅线石颗粒15份和粒度为0.044mm的硅线石粉15份，粒度为5um高温氧化铝微粉5份，粒度为2um的高温氧化铝微粉4份，粒度为0.044mm优质粘土5份，纸浆结合剂4％；
制备步骤如下：将硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土通过双螺旋混合机混合均匀制成混合粉备用，混合时间为20分钟；然后将合成莫来石、硅线石颗粒加入盘转式湿碾机中混合2分钟，然后加入定量结合剂再混合3分钟，最后加入混合粉混合6分钟混合均匀制成泥料；泥料经630吨压机高压成型制成砖坯，砖坯经干燥后进入隧道窑，烧成温度为1360℃，保温8h烧成即可得到硅线石砖；
其中，泥料经高压成型过程需控制湿坯气孔率≤18%；
砖坯干燥使用隧道式干燥器干燥，干燥温度为80～130℃，控制干燥水份＜1%；
硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土以微粉活化技术通过混合设备混合均匀制成混合粉备用。
实施例二
一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，包括以下重量份数的原料：
粒度为3～5mm合成莫来石 5份，粒度为1～3mm合成莫来石25份和粒度为≤1mm的合成莫来石13份，粒度≤0.5mm硅线石颗粒17份和粒度为0.044mm的硅线石粉20份，粒度为5um高温氧化铝微粉8份，粒度为2um的高温氧化铝微粉5份，粒度为0.044mm优质粘土7份，磷酸二氢铝结合剂4.5％；
制备步骤如下：将硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土通过双螺旋混合机混合均匀制成混合粉备用，混合时间为20分钟；然后将合成莫来石、硅线石颗粒加入盘转式湿碾机中混合3分钟，然后加入定量结合剂再混合3分钟，最后加入混合粉混合8分钟混合均匀制成泥料；泥料经630吨压机高压成型制成砖坯，砖坯经干燥后进入隧道窑，烧成温度为1400 ℃，保温9h烧成即可得到硅线石砖；
其中，泥料经高压成型过程需控制湿坯气孔率≤18%；
砖坯干燥使用隧道式干燥器干燥，干燥温度为100℃，控制干燥水份＜1%；
硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土以微粉活化技术通过混合设备混合均匀制成混合粉备用。
实施例三
一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，包括以下重量份数的原料：
粒度为3～5mm合成莫来石 10份，粒度为1～3mm合成莫来石35份和粒度≤1mm的合成莫来石15份，粒度≤0.5mm硅线石颗粒20份和粒度为0.044mm的硅线石粉25份，粒度为5um高温氧化铝微粉9份，粒度为2um的高温氧化铝微粉7份，粒度为0.044mm优质粘土10份，糊精溶液结合剂5％；
制备步骤如下：将硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土通过双螺旋混合机混合均匀制成混合粉备用，混合时间为20分钟；然后将合成莫来石、硅线石颗粒加入盘转式湿碾机中混合3分钟，然后加入定量结合剂再混合3分钟，最后加入混合粉混合10分钟混合均匀制成泥料；泥料经630吨压机高压成型制成砖坯，砖坯经干燥后进入隧道窑，烧成温度为1450 ℃，保温10h烧成即可得到硅线石砖；
其中，泥料经高压成型过程需控制湿坯气孔率≤18%；
砖坯干燥使用隧道式干燥器干燥，干燥温度为130℃，控制干燥水份＜1%；
硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土以微粉活化技术通过混合设备混合均匀制成混合粉备用。
本发明使用的主要原料：莫来石的化学组分质量分数为：Al2O3 71.37%，Fe2O31.28%；硅线石的化学组分质量分数为：Al2O3 55.89%，Fe2O30.49%；氧化铝微粉的化学组分质量分数为：Al2O3 99.12%，Fe2O30.02%；优质粘土（苏州土）的化学组分质量分数为：Al2O3 36.61%，Fe2O30.68%；所用原料均为市售。
特点如下：
（1）本发明以合成莫来石、硅线石为主要原料，通过微粉的应用，选择合理的原料粒级进行级配，形成最紧密堆积，提高产品致密度，使用复合结合剂，促进烧结，提高产品的热震稳定性及强度，以达到制品性能指标要求。
（2）选用合成莫来石、硅线石为颗粒料，莫来石是铝硅系中最稳定的矿物，其化学式为3Al2O3·2SiO2，具有高耐火度、低热膨胀性和热传导性、良好的化学稳定性和高温抗蠕变性、热震稳定性。硅线石，属典型的硅酸铝类，其化学式为Al2O3·SiO2，其在高温下不可逆的转变为莫来石，莫来石化过程可以延续到耐火材料整个使用期，而且在这一过程中，制品及其基料的性能不发生任何恶化，最重要的是其结晶在煅烧后密度和体积变化极小，其内部气孔率也几乎不变，因此在使用前不要求进行任何形式的预烧处理而直接用于制作耐火材料制品，是一种性能优良的硅铝酸盐矿物原料，且一次莫来石化完成后形成的富裕SiO2可与原料配伍中的Al2O3或富Al2O3矿物反应形成二次莫来石，它赋予了耐火制品一系列典型的优良性能。在高温下不可逆转化为莫来石，改善了制品的显微组织结构，利用其转化形成的莫来石独特晶体结构特点和转化产生的微观裂纹增韧机理，提高材料的抗热震性能。硅线石颗粒料和细粉的复合使用，进一步增强在烧成和使用过程中的持续莫来石化，可延续到耐火材料整个使用期，保证材料抗热震性能优良。
（3）基质材料决定产品的烧结状态，杂质高就会严重影响产品的高温性能。基质中引入低杂质含量的“三石”、高温氧化铝微粉等强化基质性能，氧化铝微粉，经过高温煅烧形成的ａ-AL2O3晶型稳定，纯度高，微粉的比表面积大、活性高、易烧结，通过复合使用5um、2um两种粒度的微粉，进一步提高反应活性，可以在较低烧成温度下烧结形成陶瓷结合，提高制品结构强度和高温性能。
优质结合粘土（苏州土）：在粘土类中具有纯度高，分散性、结合性、塑性好的特点，达到促进制品烧结，保持低杂质引入。
复合结合剂提高泥料塑性，提高成型密度，对产品强度提高有益。
（4）选择高压成型工艺，减低气孔率，通过合理的热工制度，保证制品的烧结强度和充分的莫来石反应形成莫来石网络结构，提高热震稳定性等性能。
本发明所述的高热震高强度高荷软硅线石砖应用于焦炉炉头、加煤孔等受温度波动频繁、高温焦炭、高温气流磨损冲刷等部位。
将实施例1～3的硅线石砖进行理化性能检测，结果如图1所示，硅线石砖热震稳定性>30次，常温耐压强度>100MPa ，显气孔率<16%，荷重软化开始温度>1680℃，具有热震稳定性好、强度高、荷软高、气孔率低、抗侵蚀、寿命长等特性；
本发明硅线石砖与国标高铝砖及国内外同类产品性能对比如图2所示，其体积密度g/cm3和常温耐压强度MPa都优于国标高铝砖及国内外同类产品；
本发明实验方法的热震稳定性和荷重软化温度分别采用德国标准DIN51068、DIN51064。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高热震高强度高荷软焦炉硅线石砖，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
粒度为3～5mm合成莫来石 0～10份，粒度为1～3mm合成莫来石20～35份，粒度≤1mm的合成莫来石10～15份，粒度≤0.5mm硅线石颗粒15～20份，粒度为0.044mm的硅线石粉15～25份，粒度为5um高温氧化铝微粉5～10份，粒度为2um的高温氧化铝微粉3～8份，粒度为0.044mm优质粘土5～10份，结合剂占总质量4～5％。
2.根据权利要求1所述硅线石砖，其特征在于：所述结合剂为纸浆、磷酸二氢铝、糊精溶液中任意一种或两种。
3.根据权利要求1或2任一所述硅线石砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土通过混合设备混合均匀制成混合粉备用；然后将合成莫来石、硅线石颗粒加入泥料混练设备中混合，然后加入定量结合剂再混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；泥料经高压成型制成砖坯，砖坯经干燥后进入高温隧道窑烧成即可得到硅线石砖。
4.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：所述混合设备为双螺旋混合机，硅线石粉、高温活性氧化铝粉和优质粘土在混合设备中混合时间为20分钟。
5.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：所述泥料混练设备为盘转式湿碾机，合成莫来石、硅线石颗粒混合时间为2～3分钟，加入结合剂后混合2～3分钟，加入混合粉后再混合6～10分钟。
6.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：泥料经高压成型制成砖坯过程中成型采用630吨电控螺旋压砖机，控制湿坯气孔率≤18%。
7.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：砖坯干燥使用隧道式干燥器干燥，干燥温度为80～130℃，控制干燥水份＜1%。
8.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：高温隧道窑焙烧温度为1360～1450℃，焙烧时间为 8～10小时。
9.根据权利要求3所述硅线石砖的制备方法，其特征在于：硅线石粉、高温活性氧化铝微粉和优质粘土以微粉活化技术通过混合设备混合均匀制成混合粉备用。
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