CN115751961B - 一种直流矿业炉用导电耐材的制备方法及其组合方式 - Google Patents

Abstract

本发明属于钛渣冶炼矿业炉用耐火材料技术领域，涉及一种直流矿业炉用导电耐火材料的制备方法及其组合方式。组合方式为：炉底从下往上分别为钢板层、导电铜板、导电耐火材料层；从底往上顺序导电铜板上铺设石墨碳质填充料，砌筑第一层和第二层导电镁碳砖，每层间用石墨碳质填充料填充，第三层砌筑导电镁砖，其上面铺设导电碳质捣打料；在炉壁的内侧上砌筑97低铁镁砖，从下至上依次砌筑有炉壁铁水池、钛渣池，炉沿及永久衬部分用96镁砖。该组合方式具有高使用寿命的同时，起弧顺利，电阻小，电压稳定，同时，抗氧化性、抗水化性和耐压强度好，热效益好，能够产生足够高的炉温。

Description

一种直流矿业炉用导电耐材的制备方法及其组合方式

技术领域

本发明属于钛渣冶炼矿业炉用耐火材料技术领域，涉及一种直流矿业炉用导电耐火材料的制备方法及其组合方式。

背景技术

交流电弧炉是金属冶炼的主要设备，尤其是在冶炼特殊钢方面发挥着重要作用，但在长时间的生产实践中发现交流电弧炉本身存在着弊端，因此开发出了高功率直流矿业炉，高功率直流矿业炉与传统的交流电弧炉相比，具有以下优点：石墨电极消耗量减少1/2以上，熔炼单位电能消耗下降3%以上；直流电弧燃烧稳定，对电网没有干扰，全程密闭自动化控制高效节能、环保。钛渣、钛合金钢铁等冶金行业越来越关注提高企业的生产率和保证产品的高品质，这种炉型（高功率直流电炉）代表着最新的市场趋势受到极大关注。

目前，关于直流电弧炉炼钢导电耐材的配置及制备的文献较多，其耐火材料使用寿命一般是一年以内，而钛渣冶炼矿业炉用耐火材料更换周期为3-5年，云南某冶炼高钛渣企业引进南非Bateman公司先进的生产工艺技术，采用德国Demag公司30MW全密闭大功率直流电弧炉，电炉初期耐火材料全由奥镁（RHI）公司进口提供，更换周期高达10年以上；该公司电炉2020年拆炉大修，耐火材料要求国产化，因该炉用耐火材料为首次国产化，所用各材质耐材均有特殊性，尤其是导电部分耐材，国内暂无实际生产经验，属于新品种材料。因此，研究探讨一种直流矿业炉用导电耐火材料组合方式及导电耐火材料的制备技术是十分必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流矿业炉用导电耐火材料的制备方法及其组合方式，制备的导电耐火材料电阻低、热导率低，抗水化性高、抗氧化性高，使用寿命长。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式为：

炉底为球形，炉底从下往上分别为钢板层、导电铜板、导电耐火材料层；从底往上顺序导电铜板上铺设石墨碳质填充料，砌筑第一层和第二层导电镁碳砖，每层间用石墨碳质填充料填充，第三层砌筑导电镁砖，其上面铺设导电碳质捣打料；在炉壁的内侧上砌筑97低铁镁砖，从下至上依次砌筑有炉壁铁水池、钛渣池，炉沿及永久衬部分用96镁砖。

进一步地，所述炉底石墨碳质填充料层厚度为1-3cm。

进一步地，所述石墨碳质填充料包括以下重量份数原料：

颗粒度为1-0.088mm的电极炭块30-40份；+195石墨15-25份，-196石墨10-15份，超导电炭黑1-8份，颗粒度≤0.088mm电极炭块10-25份，100目的含碳树脂粉3-5份，结合剂乙二醇或二乙二醇1-2份、无水树脂8-9份，添加剂乙酸乙酯0.5-0.8份。

进一步地，所述石墨碳质填充料各原料技术要求如下：

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述的石墨：+195的C含量分别≥95%、-196的≥96%；灰分＜4%；

所述的超导电炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述结合剂：乙二醇或二乙二醇含量≥98%；

所述添加剂：乙酸乙酯含量≥98.5%；

所述的无水树脂：水份≤0.5%，固化物≥80%，残碳≥25%。

进一步地，所述石墨碳质填充料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、干料制备：a制备预混料，按配方要求将颗粒度≤0.088mm10-25份电极炭块、3-5份含碳树脂粉、1-8份超导电炭黑、15-25份+195石墨、10-15份-196石墨材料在混料机中预混3-5分钟；b混练，按比例将剩余的1-0.088mm 30-40份电极块粒度料加入混料机中混练1-2分钟，再加入预混料混练2-3分钟，出料装袋备用；

步骤2、结合剂制备：a乙二醇或二乙二醇1-2份，无水树脂8-9份，塑料容器中搅拌均匀，装25kg塑料桶密封备用；b乙酸乙酯0.5-0.8份装塑料瓶中；

步骤3、按干料占比80%-90%与结合剂10%-20%，分别装入木箱中，使用时把干料与结合剂倒入混料机中混练5-10分钟即可。

进一步地，所述导电镁碳砖包括以下重量份数原料：

电熔镁砂1-3mm30-40份；烧结镁砂1-5mm22-32份，烧结镁砂1-0.074mm10-15份，颗粒度小于0.074mm烧结镁砂 10-15份；添加剂：碳化锆0.3-1份，金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉1-3份；含碳组份：-196石墨2-5份，1000目改性的石墨2-5份，500目电极石墨1-3份，超导电炭黑1-2份，导电碳纤维0.5-1.5份；结合剂：改性酚醛树脂2-4份；含碳树脂粉0.5-2份；有机硅树脂1-3份。

进一步地，所述导电镁碳砖各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述导电碳纤维:纤维长0.5-1mm，C含量≥98.5%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述有机硅树脂：固化物50±1%。

进一步地，所述导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将2-5份-196石墨、2-5份1000目改性的石墨、1-3份500目电极石墨、1-2份超导电炭黑、含碳树脂粉0.5-2份装入不锈钢锥形混料机中预混，10-15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到300-500℃，保温2-4小时，冷却备用；②预混料：将10-15份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.3-1份碳化锆、2-5份金属硅微粉、1-3份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟左右，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂30-40份；烧结镁砂1-5mm的22-32份，1-0.074mm烧结镁砂10-15份→1-3份有机硅树脂→混练（1-2分钟）→含碳组分→0.5-1.5份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂2-4份混练2-3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用。

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经230-280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1100-1300℃烧制3-5小时，冷却，测指标，合格入库。

进一步地，所述的导电镁砖层由镁砖及钢片（或钢针）组成，其上为导电碳质捣打料层厚度为8-10cm。

进一步地，所述电碳质捣打料包括以下重量份数原料：

电熔镁砂1-3mm10-15份；电极炭块3-5mm10-15份、1-3mm15-20份、0-1mm的20-30份；金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉2-4份，-196石墨5-10份，320目电极石墨1-3份，炭黑0.5-2份，含碳树脂粉1-3份，改性酚醛树脂5-8份。

进一步地，所述电碳质捣打料各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述的石墨：-196的≥96%，灰分＜4%；

所述的炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%；

进一步地，所述电碳质捣打料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加入电熔镁砂1-3mm的10-15份、电极炭块3-5mm的10-15份、1-3mm的15-20份、0-1mm的25-30份、5-8份改性酚醛树脂，混练2-3分钟；

步骤2、再加入含碳材料：0-0.1mm的电极炭块15-20份、-196石墨5-10份、320目电极石墨1-3份、炭黑0.5-2份、含碳树脂粉1-3份，混练1-2分钟；

步骤3、最后加入细粉：金属硅微粉2-5份、二氧化硅微粉2-4份，混练10-12分钟，出料装袋。

与现有技术相比，本发明的有益效果为。

1、该组合方式的直流矿业炉用导电耐火材料具有较高的使用寿命，同时球形炉底导电耐火材料部分开炉时，起弧顺利，电阻小，电压稳定，抗氧化性、抗水化性和耐压强度好，热效益发挥到极致，能够产生足够高的炉温，使用效果与奥镁进口材料相比美，为冶炼钛渣直流矿业炉用耐火材料国产化提供了思路。

2、制备的石墨碳质填充料自沉积流动性好，易捣实性好，使耐火砖间密切接触，电流稳定通过，保证导电耐火材料组合具有良好的导电性。

3、导电镁碳砖位于镁砖下面非工作层部分，起支撑和导电作用，长时间工作在温度350-1400℃左右和干湿季节交替环境里，还要承受上部液体的传导下来的压力；本发明制备的导电镁碳砖既有良好的导电性和抗水化性还有足够的强度和优异的抗氧化性，可满足上述的使用环境。

4、本发明用电熔镁砂作为制品的骨架，起增加强度作用；现有技术中选用金属铝粉或铝镁合金作为镁碳砖抗氧化剂，但其高温下生成的碳化物、碳化物易水化，会使镁碳砖涨裂；本发明选用碳化锆及金属硅为抗氧化剂，该氧化剂不易水化、抗氧化性好，可增加基质的强度；二氧化硅微粉高温煅烧可促进制品的烧结增加强度，并填充制品的气孔，起到抗氧化性作用。

5、通过查阅报道和测试进口导电镁碳砖对比可知，导电镁碳砖的综合碳含量在14%左右时，导电率最适宜；按现有技术工艺生产的镁碳砖制品，热处理（1200℃x2h）后，制品强度较低（16-18Mpa），抗耐压性较差，不适合在炉底长期使用；本发明创造性地把石墨、改性的石墨、电极石墨、超导电炭黑等多种含碳材料复合使用，使导电镁碳砖的碳含量为12%-14%，都保持最适宜导电效果，且热处理（1200℃x2h）后的耐压强度，提高到28-30MPa，保证了制品使用安全性；结合剂：有机硅树脂促进基质烧结，增强制品煅烧后强度，改性酚醛树脂作为结合剂保证制品成型性能，含碳树脂粉增加制品的柔性强度，导电碳纤维增强制品的强度。

具体实施方式

以下公开本发明的一些实施例，本领域技术人员可以根据本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

一种直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式为：

炉底为球形，炉底从下往上分别为钢板层、导电铜板、导电耐火材料层；从底往上顺序导电铜板上铺设石墨碳质填充料，砌筑第一层和第二层导电镁碳砖，每层间用石墨碳质填充料填充，第三层砌筑导电镁砖，其上面铺设导电碳质捣打料；在炉壁的内侧上砌筑97低铁镁砖，从下至上依次砌筑有炉壁铁水池、钛渣池，炉沿及永久衬部分用96镁砖。

进一步地，所述炉底石墨碳质填充料层厚度为1-3cm。

进一步地，所述石墨碳质填充料包括以下重量份数原料：

颗粒度为1-0.088mm的电极炭块30-40份；+195石墨15-25份，-196石墨10-15份，超导电炭黑1-8份，颗粒度≤0.088mm电极炭块10-25份，100目的含碳树脂粉3-5份，结合剂乙二醇或二乙二醇1-2份、无水树脂8-9份，添加剂乙酸乙酯0.5-0.8份，

进一步地，所述石墨碳质填充料各原料技术要求如下：

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述的石墨：+195的C含量分别≥95%、-196的≥96%；灰分＜4%；

所述的超导电炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述结合剂：乙二醇或二乙二醇含量≥98%；

所述添加剂：乙酸乙酯含量≥98.5%；

所述的无水树脂：水份≤0.5%，固化物≥80%，残碳≥25%。

进一步地，所述石墨碳质填充料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、干料制备：a制备预混料，按配方要求将颗粒度≤0.088mm10-25份电极炭块、3-5份含碳树脂粉、1-8份超导电炭黑、15-25份+195石墨、10-15份-196石墨材料在混料机中预混3-5分钟；b混练，按比例将剩余的1-0.088mm 30-40份电极块粒度料加入混料机中混练1-2分钟，再加入预混料混练2-3分钟，出料装袋备用；

步骤2、结合剂制备：a乙二醇或二乙二醇1-2份，无水树脂8-9份，塑料容器中搅拌均匀，装25kg塑料桶密封备用；b乙酸乙酯0.5-0.8份装塑料瓶中；

步骤3、按干料占比80%-90%与结合剂10%-20%，分别装入木箱中，使用时把干料与结合剂倒入混料机中混练5-10分钟即可。

进一步地，所述电镁碳砖包括以下重量份数原料：

电熔镁砂1-3mm30-40份；烧结镁砂1-5mm22-32份，烧结镁砂1-0.074mm10-15份，颗粒度小于0.074mm烧结镁砂 10-15份；添加剂：碳化锆0.3-1份，金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉1-3份；含碳组份：-196石墨2-5份，1000目改性的石墨2-5份，500目电极石墨1-3份，超导电炭黑1-2份，导电碳纤维0.5-1.5份；结合剂：改性酚醛树脂2-4份；含碳树脂粉0.5-2份；有机硅树脂1-3份。

进一步地，所述导电镁碳砖各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述导电碳纤维:纤维长0.5-1mm，C含量≥98.5%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述有机硅树脂：固化物50±1%。

进一步地，所述导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将2-5份-196石墨、2-5份1000目改性的石墨、1-3份500目电极石墨、1-2份超导电炭黑、含碳树脂粉0.5-2份装入不锈钢锥形混料机中预混，10-15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到300-500℃，保温2-4小时，冷却备用；②预混料：将10-15份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.3-1份碳化锆、2-5份金属硅微粉、1-3份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟左右，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂30-40份；烧结镁砂1-5mm的22-32份，1-0.074mm烧结镁砂10-15份→1-3份有机硅树脂→混练（1-2分钟）→含碳组分→0.5-1.5份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂2-4份混练2-3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用。

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经230-280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1100-1300℃烧制3-5小时，冷却，测指标，合格入库。确定制品测试理化指标要求如下。

表1 制品测试理化指标表

。

进一步地，所述的导电镁砖层由镁砖及钢片（或钢针）组成，其上为导电碳质捣打料层厚度为8-10cm。

进一步地，所述电碳质捣打料包括以下重量份数原料：

电熔镁砂1-3mm10-15份；电极炭块3-5mm10-15份、1-3mm15-20份、0-1mm的20-30份；金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉2-4份，-196石墨5-10份，320目电极石墨1-3份，炭黑0.5-2份，含碳树脂粉1-3份，改性酚醛树脂5-8份。

进一步地，所述电碳质捣打料各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述的石墨：-196的≥96%，灰分＜4%；

所述的炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%。

进一步地，所述电碳质捣打料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加入电熔镁砂1-3mm的10-15份、电极炭块3-5mm的10-15份、1-3mm的15-20份、0-1mm的25-30份、5-8份改性酚醛树脂，混练2-3分钟；

步骤2、再加入含碳材料：0-0.1mm的电极炭块15-20份、-196石墨5-10份、320目电极石墨1-3份、炭黑0.5-2份、含碳树脂粉1-3份，混练1-2分钟；

步骤3、最后加入细粉：金属硅微粉2-5份、二氧化硅微粉2-4份，混练10-12分钟，出料装袋。

实施例1。

（1）石墨碳质填充料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、干料制备：a制备预混料，按配方要求将颗粒度≤0.088mm25份电极炭块、3份含碳树脂粉、3份超导电炭黑、15份+195石墨、10份-196石墨材料在混料机中预混3-5分钟；b混练，将35份1-0.088mm电极块粒度料加入混料机中混练2分钟，再加入预混料混练3分钟，出料装袋备用；

步骤2、结合剂制备：a乙二醇1份，无水树脂8份，塑料容器中搅拌均匀，装25kg塑料桶密封备用；b乙酸乙酯0.6份装塑料瓶中；

步骤3、按干料占比88%与结合剂12%，分别装入木箱中，使用时把干料与结合剂按工艺要求倒入混料机中混练10分钟即可。

（2）导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将3份-196石墨、3份1000目改性的石墨、2份500目电极石墨、2份超导电炭黑、含碳树脂粉1.2份装入不锈钢锥形混料机中预混15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到500℃，保温4小时，冷却备用；②预混料：将10份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.3份碳化锆、3份金属硅微粉、1份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂32份；烧结镁砂1-5mm的22份，1-0.074mm烧结镁砂14份→1.5份有机硅树脂→混练2分钟→含碳组分→0.5份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂3.5份混练3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用。

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1300℃烧制4小时，冷却，测指标，合格入库。

（3）电碳质捣打料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加入电熔镁砂1-3mm的12份、电极炭块3-5mm的15份、1-3mm的20份、0-1mm的25份、7.5份改性酚醛树脂，混练3分钟；

步骤2、再加入含碳材料：0-0.1mm的电极炭块20份、-196石墨10份、320目电极石墨3份、炭黑1份、含碳树脂粉1.5份，混练2分钟；

步骤3、最后加入细粉：金属硅微粉4份、二氧化硅微粉3份，混练12分钟，出料装袋。

（4）直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式为：炉底为球形，炉底从下往上分别为钢板层、导电铜板、导电耐火材料层；从底往上顺序导电铜板上铺设石墨碳质填充料，砌筑第一层和第二层导电镁碳砖，每层间用石墨碳质填充料填充，填充厚度为2cm，第三层砌筑导电镁砖，其上面铺设导电碳质捣打料，厚度为10cm；在炉壁的内侧上砌筑97低铁镁砖，从下至上依次砌筑有炉壁铁水池、钛渣池，炉沿及永久衬部分用96镁砖。

实施例2。

导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将3份-196石墨、3份1000目改性的石墨、3份500目电极石墨、1.5份超导电炭黑、含碳树脂粉1.5份装入不锈钢锥形混料机中预混，15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到500℃，保温4小时，冷却备用；②预混料：将10份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.4份碳化锆、5份金属硅微粉、1.5份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂30份；烧结镁砂1-5mm的25份，1-0.074mm烧结镁砂10份→1.5份有机硅树脂→混练（1-2分钟）→含碳组分→0.6份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂4份混练3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用；

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经230-280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1300℃烧制4小时，冷却，测指标，合格入库。

石墨碳质填充料、导电碳质捣打料的制备与实施例1相同，只对主体材料导电镁碳砖进行组份调整，直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式与实施例1相同。

实施例3。

导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将5份-196石墨、2份1000目改性的石墨、2.5份500目电极石墨、1份超导电炭黑、含碳树脂粉1.5份装入不锈钢锥形混料机中预混，15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到500℃，保温4小时，冷却备用；②预混料：将10份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.4份碳化锆、5份金属硅微粉、1.5份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂30份；烧结镁砂1-5mm的25份，1-0.074mm烧结镁砂10份→1.5份有机硅树脂→混练2分钟→含碳组分→0.6份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂4份混练3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用；

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经230-280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1300℃烧制4小时，冷却，测指标，合格入库。

石墨碳质填充料、导电碳质捣打料的制备与实施例1相同，只对主体材料导电镁碳砖进行组份调整，直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式与实施例1相同。

表2 实施例1-2以及进口产品性能检测结果。

以上显气孔率、体积密度、常温耐压强度等按国标进行检测，常规性能指标检测的数据如表2。

从表2中导电镁碳砖数据对比：本发明生产的碳12制品与碳14制品相比（C含量为12%和14%的），电导率几乎相同，耐压强度指标提高到30.8MPa，与进口制品相近。采用本发明实施例1的产品以及组合方式进行直流矿业炉衬用导电耐火材料组合，在云南某冶炼高钛渣公司30MW全密闭大功率直流电弧炉使用，成功起弧送电，已开炉生产10个多月，使用状态良好，现仍在稳定高效运行中，效果明显。

Claims (10)

1.一种直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，组合方式具体为：炉底为球形，炉底从下往上分别为钢板层、导电铜板、导电耐火材料层；从底往上顺序导电铜板上铺设石墨碳质填充料，砌筑第一层和第二层导电镁碳砖，每层间用石墨碳质填充料填充，第三层砌筑导电镁砖，其上面铺设导电碳质捣打料；在炉壁的内侧上砌筑97低铁镁砖，从下至上依次砌筑有炉壁铁水池、钛渣池，炉沿及永久衬部分用96镁砖。

2.如权利要求1所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述炉底石墨碳质填充料层为厚度为1-3cm，石墨碳质填充料包括以下重量份数原料：颗粒度为1-0.088mm的电极炭块30-40份；+195石墨15-25份，-196石墨10-15份，超导电炭黑1-8份，颗粒度≤0.088mm电极炭块10-25份，100目的含碳树脂粉3-5份，结合剂乙二醇或二乙二醇1-2份、无水树脂8-9份，添加剂乙酸乙酯0.5-0.8份。

3.如权利要求2所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述石墨碳质填充料各原料技术要求如下：

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述的石墨：+195的C含量分别≥95%、-196的≥96%；灰分＜4%；

所述的超导电炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述结合剂：乙二醇或二乙二醇含量≥98%；

所述添加剂：乙酸乙酯含量≥98.5%；

所述的无水树脂：水份≤0.5%，固化物≥80%，残碳≥25%。

4.如权利要求2-3任一项所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述石墨碳质填充料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、干料制备：a制备预混料，按配方要求将颗粒度≤0.088mm10-25份电极炭块、3-5份含碳树脂粉、1-8份超导电炭黑、15-25份+195石墨、10-15份-196石墨材料在混料机中预混3-5分钟；b混练，按比例将剩余的1-0.088mm 30-40份电极块粒度料加入混料机中混练1-2分钟，再加入预混料混练2-3分钟，出料装袋备用；

步骤2、结合剂制备：a乙二醇或二乙二醇1-2份，无水树脂8-9份，塑料容器中搅拌均匀，装25kg塑料桶密封备用；b乙酸乙酯0.5-0.8份装塑料瓶中；

步骤3、按干料占比80%-90%与结合剂10%-20%，分别装入木箱中，使用时把干料与结合剂倒入混料机中混练5-10分钟即可。

5.如权利要求1所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述电镁碳砖包括以下重量份数原料：

电熔镁砂1-3mm30-40份；烧结镁砂1-5mm22-32份，烧结镁砂1-0.074mm10-15份，颗粒度小于0.074mm烧结镁砂 10-15份；添加剂：碳化锆0.3-1份，金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉1-3份；含碳组份：-196石墨2-5份，1000目改性的石墨2-5份，500目电极石墨1-3份，超导电炭黑1-2份，导电碳纤维0.5-1.5份；结合剂：改性酚醛树脂2-4份；含碳树脂粉0.5-2份；有机硅树脂1-3份。

6.如权利要求5所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述导电镁碳砖各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述导电碳纤维:纤维长0.5-1mm，C含量≥98.5%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述有机硅树脂：固化物50±1%。

7.如权利要求5-6任一项所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述导电镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、泥料的混练：①含碳组份的均质化处理，将2-5份-196石墨、2-5份1000目改性的石墨、1-3份500目电极石墨、1-2份超导电炭黑、含碳树脂粉0.5-2份装入不锈钢锥形混料机中预混，10-15分钟，出料，再装入密闭容器中加热到300-500℃，保温2-4小时，冷却备用；②预混料：将10-15份烧结镁砂小于0.074mm的细粉、0.3-1份碳化锆、2-5份金属硅微粉、1-3份二氧化硅微粉加入搅拌机中预混10分钟左右，出料备用；③混练：混料机中加入1-3mm的电熔镁砂30-40份；烧结镁砂1-5mm的22-32份，1-0.074mm烧结镁砂10-15份→1-3份有机硅树脂→混练1-2分钟→含碳组分→0.5-1.5份导电碳纤维→混练2分钟→改性酚醛树脂2-4份混练2-3分钟→加入预混料→混练15分钟，出料备用；

步骤2、制砖：利用2500T自动液压机成型；成型后砖坯经230-280℃干燥12小时，干燥后拣选，再进行热处理；

步骤3、热处理：拣选的砖坯，装入匣钵中埋碳1100-1300℃烧制3-5小时，冷却，测指标，合格入库。

8.如权利要求1所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，导电镁砖层由镁砖及钢片或钢针组成，其上为导电碳质捣打料层为厚度为8-10cm，所述电碳质捣打料包括以下重量份数原料：电熔镁砂1-3mm10-15份；电极炭块3-5mm10-15份、1-3mm15-20份、0-1mm的20-30份；金属硅微粉2-5份，二氧化硅微粉2-4份，-196石墨5-10份，320目电极石墨1-3份，炭黑0.5-2份，含碳树脂粉1-3份，改性酚醛树脂5-8份。

9.如权利要求8所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述电碳质捣打料各原料技术要求如下：

所述电熔镁砂：MgO含量≥97%；烧结镁砂MgO含量≥97%；

所述的电极炭块：石墨化电极，碳含量≥95%，水份＜0.2%；

所述改性酚醛树脂：水份≤4%，固化物≥80%，残碳≥50%；

所述电极石墨：C含量≥98%；改性的石墨，球形，C含量≥98%；

所述的石墨：-196的≥96%，灰分＜4%；

所述的炭黑：C含量分别≥97%；灰分＜1.5%；

所述的含碳树脂粉：残碳量≥80%，软化点≥200℃；

所述金属硅微粉：粒径≤74μm，Si含量≥97%；碳化锆含量≥98.5%，粒径≤1μm；

所述二氧化硅微粉：活性微粉，粒径10μm，SiO₂含量≥95%。

10.如权利要求8-9任一项所述的直流矿业炉衬用导电耐火材料组合方式，其特征在于，所述电碳质捣打料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加入电熔镁砂1-3mm的10-15份、电极炭块3-5mm的10-15份、1-3mm的15-20份、0-1mm的25-30份、5-8份改性酚醛树脂，混练2-3分钟；

步骤2、再加入含碳材料：0-0.1mm的电极炭块15-20份、-196石墨5-10份、320目电极石墨1-3份、炭黑0.5-2份、含碳树脂粉1-3份，混练1-2分钟；

步骤3、最后加入细粉：金属硅微粉2-5份、二氧化硅微粉2-4份，混练10-12分钟，出料装袋。