CN1876601A - 新型半石墨化碳氮化硅砖及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐火材料及其生产方法，特别涉及一种新型半石墨化碳氮化硅砖及其制造方法。用重量百分比表示，原料配方中含有电煅烧无烟煤20～50％，石墨20～40％，工业硅15～30％，碳化硅10～30％，外加占上述原料总重的7～20％的粘结剂。将所用原料和结合剂按配比混匀后，经压制成型、干燥，在氮气或还原气氛下、在1200～1800℃下保温8～24小时烧成，烧成时烧成窑炉中充入不低于0.1MPa的氮气。本产品具有良好的抵抗渣铁、碱金属侵蚀的能力；具有较高的导热性能，800℃时导热系数≥30w/m.k；同时具有良好的抗热震破坏性和较高的机械强度。用作高炉炉底、炉缸和炉腹至炉身下部内衬时，可延长这些部位内衬的寿命，提高企业的经济效益。

Description

新型半石墨化碳氮化硅砖及其制造方法
一、技术领域：本发明涉及一种耐火材料及其生产方法，特别涉及一种新型半石墨化碳氮化硅砖及其制造方法。
二、背景技术：现代高炉炼铁工业为了在高效率生产状态下获得尽可能长的使用寿命，从而获得可观的经济效益，普遍在盛装铁水的炉缸、炉底内衬的工作层部位采用微孔炭砖，在炉腹至炉身下部区域砌筑氮化硅结合碳化硅砖、赛隆结合的刚玉砖或者半石墨、石墨制品。目前使用于炉底、炉缸工作层的微孔炭砖具有较好的微孔性和14～20w/m.k的导热率等技术特征，使用中可较好地防止熔融铁水钻入炭砖内部导致的组织破坏，具有较好的抗炉渣侵蚀性能。但是，由于炭砖的强度较低(≤38MPa)、抗碱性较差、抗铁水融蚀性较弱，在炉缸内流动渣铁的机械磨损、碱金属对炭砖结合链的破坏、高温铁水的融蚀下会较快破损，严重地限制了高炉在高冶炼强度下的寿命进步。
高炉炉腹至炉身下部的热负荷是高炉中最高的区域，而且存在剧烈的温度波动，并有水蒸气、碱以及化学侵蚀性很强的冶炼初成炉渣。当这个区域的内衬采用氮化硅结合碳化硅砖或者赛隆结合刚玉砖时，这些材料良好的机械强度、抗渣性等能够较好地抵御冶炼初渣的化学侵蚀和下降炉料、上升煤气流的机械磨损。然而，由于它们的导热性能较低(≤15w/m.k)，冷却效果较差，热应力较大，容易出现热震剥落，水蒸气-碱的联合侵蚀还导致这些耐火材料的氧化分解。也有在高炉的这个部位采用半石墨或者石墨制品的情况，此时，虽然这些材料的高导热性解决了冷却效果和热震问题，但它们的强度较低、容易氧化和较低的抗碱性仍然不能获得预期的内衬寿命。
本专利申请人的申请号为95103931.8的已授权专利，公开了一种半石墨化碳氮化硅砖及其生产方法，该专利产品经实践表明效果良好，已产生了可观的效益。申请人在该专利的基础上研究开发出一种新型半石墨化碳氮化硅砖。
三、发明内容：
本发明的目的在于克服在于克服背景技术中耐火材料的缺点，提供一种高导热率、高强度，具有优良的抗渣铁侵蚀性、抗氧化性的新型半石墨化碳氮化硅砖及其制造方法。
本发明的技术方案：
一种新型半石墨化碳氮化硅砖，以重量百分比表示，原料配方中含有电煅烧无烟煤20～50％，石墨20～40％，工业硅15～30％，碳化硅10～30％，外加占上述原料总重的7～20％的粘结剂；
其中电煅烧无烟煤20～30％，石墨30～40％，工业硅25～30％，碳化硅20～30％，粘结剂10～20％；
其中电煅烧无烟煤20～30％，石墨20～30％，工业硅15～25％，碳化硅10～20％，粘结剂10～20％；
其中电煅烧无烟煤30～50％，石墨20～30％，工业硅15～25％，碳化硅10～20％，粘结剂7～10％；
其中电煅烧无烟煤30～50％，石墨30～40％，工业硅25～30％，碳化硅20～30％，粘结剂7～10％；
其中电煅烧无烟煤30～40％，石墨25～35％，工业硅20～25％，碳化硅15～25％，粘结剂10～15％；
其中电煅烧无烟煤的粒度为0.074～10mm，石墨的粒度为0.074～3mm，工业硅的粒度不大于320目，碳化硅的粒度为0.074～2.5mm。
所述的粘结剂为a、b、c中的任意一种，其中a为树脂，b为树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为7～9∶1～4，c为蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为1～4.5∶1.5～4∶4～8。
所述的树脂为热固性酚醛树脂。
一种新型半石墨化碳氮化硅砖的制造方法，包括混料、成型、干燥、烧成工艺，其特征是：混合料成型后在氮气或还原气氛下烧成，烧成时在1200～1800℃下保温8～24个小时，烧成窑炉中充入不低于0.1MPa的氮气。
本发明的积极有益效果是：
结合表1，本发明的半石墨化碳氮化硅砖具有以下优点：
(1)材料中含有氮化硅成分，使得材料具有良好的抵抗渣铁、碱金属侵蚀的能力；
(2)材料具有较高的导热性能，800℃时导热系数≥30w/m.k，远远高于此条件下微孔炭砖的导热系数(12w/m.k)，可充分发挥高炉冷却设备的冷却能力，同时具有良好的抗热震破坏性；
(3)材料具有较高的的机械强度高，耐压强度≥60MPa，具有抵抗流动渣铁、上升煤气流和下降炉料产生的机械磨损；
(4)用作高炉炉底、炉缸和炉腹至炉身下部内衬时，可延长这些部位内衬的寿命，提高炼铁企业的经济效益。
表1：本发明产品的理化性能与国标性能比较
 项目   单位   新型半石墨化碳氮化硅砖   高炉用微孔炭砖YB/T141--1998
 体积密度   g/cm3   ≥1.6   ≥1.54
 显气孔率   ％   ≤16   ≤18
 耐压强度   MPa   ≥60   ≥36
 耐碱性   级   优(U)   优(U)或良(LC)
 氧化率   ％   ≤10   ≤16
 铁水熔蚀指数   ％   ≤20   --
 导热系数(800℃)   W/m.k   ≥30   ≥12
四、附图说明：图1为半石墨化碳氮化硅砖的制造工艺流程图。
五、具体实施例：
实施例一：按重量百分比称取含有粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤20％，粒度为0.074～3mm的石墨40％，粒度不大于320目的工业硅30％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅10％，投入混料机，外加占上述原料总重20％热固性酚醛树脂，
原料混合均匀后，经压制成型，干燥后装入窑炉内，在烧成窑炉中充入压力为0.15MPa的氮气，在1200℃温度下保温24小时烧成，产品随炉冷却出窑。
产品出窑后，对其理化性能、表面质量和外形尺寸进行检验；将检验合格的产品按尺寸标准或合同要求进行加工；最后将产品包装入库，保管或发货。
实施例二：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
按配方称取原料：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤50％，粒度为0.074～3mm的石墨20％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重20％的热固性酚醛树脂，
混合均匀后，经压制成型，干燥后装入窑炉内，在烧成窑炉中充入压力为0.2MPa的氮气，在1800℃温度下保温8小时烧成，产品随炉冷却出窑。
实施例三：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
按配方称取原料：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤30％，粒度为0.074～3mm的石墨30％，粒度不大于320目的工业硅30％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅10％，投入混料机，外加占上述原料总重17％的树脂，混合均匀后，经压制成型，干燥后装入窑炉内，在烧成窑炉中充入压力为1.0MPa的氮气，在1300℃温度下保温10小时烧成，产品随炉冷却出窑。
实施例四：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
按配方称取原料：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤40％，粒度为0.074～3mm的石墨30％，粒度不大于320目的工业硅20％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅10％，投入混料机，外加占上述原料总重10％的粘结剂b，
其中b由树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为7∶4。
原料混合均匀后，经压制成型，干燥后装入窑炉内，在还原气氛下充入压力为1.0MPa的氮气、在1700℃下保温20小时烧成，产品随炉冷却出窑。
实施例五：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
按配方称取原料：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤30％，粒度为0.074～3mm的石墨30％，粒度不大于320目的工业硅25％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重18％的粘结剂b，
其中b由树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为7∶1。
原料混合均匀后，经压制成型，干燥后装入窑炉内，在还原气氛下充入压力为2.0MPa的氮气、在1800℃下保温24小时烧成，产品随炉冷却出窑。
实施例六：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤50％，粒度为0.074～3mm的石墨20％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重12％的粘结剂b，其中b由树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为9∶1。
实施例七：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤45％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重20％的粘结剂b，其中b由树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为8∶3。
实施例八：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤30％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅30％，投入混料机，外加占上述原料总重10％的粘结剂b，其中b由树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为9∶4。
实施例九：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤25％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅28％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅22％，投入混料机，外加占上述原料总重17％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为1∶1.5∶4。
实施例十：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤45％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重7％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为4.5∶4∶4。
实施例十一：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤30％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅30％，投入混料机，外加占上述原料总重17％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为2∶3∶4。
实施例十二：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤25％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅28％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅22％，投入混料机，外加占上述原料总重12％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为2∶1∶3。
实施例十三：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤45％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅15％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅15％，投入混料机，外加占上述原料总重16％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为4.5∶1.5∶4。
实施例十四：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤25％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅25％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅25％，投入混料机，外加占上述原料总重19％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为3∶3∶5。
实施例十五：同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
原料配方为：粒度为0.074～10mm的电煅烧无烟煤25％，粒度为0.074～3mm的石墨25％，粒度不大于320目的工业硅25％，粒度为0.074～2.5mm的碳化硅25％，投入混料机，外加占上述原料总重12％的粘结剂c，其中c由蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为2∶3∶6。

Claims (10)

1、一种新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有电煅烧无烟煤20～50％，石墨20～40％，工业硅15～30％，碳化硅10～30％，外加占上述原料总重的7～20％的粘结剂。
2、根据权利要求1所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤20～30％，石墨30～40％，工业硅25～30％，碳化硅20～30％，粘结剂10～20％。
3、根据权利要求1所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤20～30％，石墨20～30％，工业硅15～25％，碳化硅10～20％，粘结剂10～20％。
4、根据权利要求1所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤30～50％，石墨20～30％，工业硅15～25％，碳化硅10～20％，粘结剂7～10％。
5、根据权利要求1所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤30～50％，石墨30～40％，工业硅25～30％，碳化硅20～30％，粘结剂7～10％。
6、根据权利要求1所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤30～40％，石墨25～35％，工业硅20～25％，碳化硅15～25％，粘结剂10～15％。
7、根据权利要求1～6中任一项中所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：其中电煅烧无烟煤的粒度为0.074～10mm，石墨的粒度为0.074～3mm，工业硅的粒度不大于320目，碳化硅的粒度为0.074～2.5mm。
8、根据权利要求1～6中任一项中所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：所述的粘结剂为a、b、c中的任意一种，其中a为树脂，b为树脂、蒽油组合而成，树脂、蒽油的重量比为7～9∶1～4，c为蒽油、煤焦油、沥青组合而成，三者的重量比为1～4.5∶1.5～4∶4～8。
9、根据权利要求8所述的新型半石墨化碳氮化硅砖，其特征是：所述的树脂为热固性酚醛树脂。
10、一种新型半石墨化碳氮化硅砖的制造方法，包括按配方混料、成型、干燥、烧成工艺，其特征是：混合料经成型干燥后，在氮气或还原气氛下、在温度1200～1800℃下、保温8～24小时烧成，烧成时烧成窑炉中充入不低于0.1MPa的氮气。
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