CN104744059B

CN104744059B - 一种干熄焦莫来石砖及其制备方法

Info

Publication number: CN104744059B
Application number: CN201510126144.6A
Authority: CN
Inventors: 朱新军; 章兴高; 唐安山; 曾立民; 刘利华; 曾昆
Original assignee: HUNAN XIANGGANG RUITAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN XIANGGANG RUITAI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: CN104744059A

Abstract

本发明提供了一种干熄焦莫来石砖及其制备方法，其包括：5wt％～10wt％的特级高铝、45wt％～55wt％的烧结莫来石、5wt％～15wt％的红柱石、5wt％～10wt％的白焦宝石、12wt％～18wt％的硅线石、2wt％～6wt％的氧化铝与2wt％～8wt％的粘土。本申请以特级高铝、烧结莫来石、白焦宝石与红柱石为骨料，在干熄焦莫来石砖组织结构内部形成微裂纹增韧，提高了热震稳定性；且由于红柱石与硅线石在不同温度下一次莫来石化和二次莫来石化，能够提高干熄焦莫来石砖的高温体积稳定性和高温性能。本申请干熄焦莫来石砖的显气孔率低于16％，耐压强度高于90MPa，耐磨性小于4cm³，热震性高于40次。

Description

一种干熄焦莫来石砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种干熄焦莫来石砖及其制备方法。

背景技术

干熄焦工艺是采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦工艺方法。在干熄焦工艺过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的***内循环使用。干熄焦工艺在节能、环保和改善焦炭质量等方面优于湿熄焦。

干熄焦炉需要的耐火材料要求具有抗化学侵蚀、耐磨、良好的高温体积稳定性、耐冲刷及抗热震性能。传统的耐火材料中普通粘土砖热震性一般，但密度低，耐磨性能太差；普通高铝砖耐磨性能提高，但热震性太差；常规莫来石砖热震性提高但是强度、耐磨性能不太高；普通刚玉砖耐磨性好但热震性太差。上述耐火材料都各有优缺点，不能满足干熄焦炉熄焦工艺，在使用过程中容易出现变形、粘结、磨损快以及剥落掉料等问题，降低了耐火材料的使用寿命。

申请号为201110395095.8的中国专利公开了一种用于干熄焦炉上的莫来石砖，其是采用电熔莫来石与天然莫来石作骨料，刚玉和氧化铝微粉作为细粉，并且在基质中添加红柱石精矿，从而提高了砖的热震稳定性，热震性可达30次以上，但是本专利的热震性提高次数有限，仍然较低。

发明内容

本申请提供了一种干熄焦莫来石砖及其制备方法，本申请提供的干熄焦莫来石砖具有优异的抗热震性能与高温体积稳定性。

有鉴于此，本申请提供了一种干熄焦莫来石砖，包括：

优选的，所述氧化铝为活性氧化铝或煅烧氧化铝。

优选的，所述烧结莫来石的含量为47wt％～52wt％。

优选的，所述红柱石的含量为8wt％～12wt％。

本申请还提供了一种干熄焦莫来石砖的制备方法，包括以下步骤：

将5wt％～10wt％的特级高铝、45wt％～55wt％的烧结莫来石、5wt％～15wt％的红柱石、5wt％～10wt％的白焦宝石、12wt％～18wt％的硅线石、2wt％～6wt％的氧化铝、2wt％～8wt％的粘土与纸浆水混合，得到泥料；

将所述泥料压制成型后干燥，将干燥后的砖坯烧成，得到干熄焦莫来石砖。

优选的，所述烧结莫来石中11wt％～21wt％的烧结莫来石粒度为3～5mm，28wt％～38wt％的烧结莫来石粒度为1～3mm，15wt％～25wt％的烧结莫来石粒度为0～1mm，26wt％～36wt％的烧结莫来石粒度为-200目。

优选的，所述红柱石中50wt％～70wt％的红柱石粒度为1～3mm，30wt％～50wt％的红柱石粒度为0～1mm。

优选的，所述白焦宝石的粒度为1～3mm，所述氧化铝的粒度为-5μm，所述粘土的粒度为-200目。

优选的，所述纸浆水的含量为所述泥料的2.5wt％～3.5wt％。

优选的，所述纸浆水的比重为1.15～1.25。

本申请提供了一种干熄焦莫来石砖，其包括：5wt％～10wt％的特级高铝、45wt％～55wt％的烧结莫来石、5wt％～15wt％的红柱石、5wt％～10wt％的白焦宝石、12wt％～18wt％的硅线石、2wt％～6wt％的氧化铝与2wt％～8wt％的粘土。本申请提供的干熄焦莫来石砖以特级高铝、烧结莫来石、白焦宝石、红柱石为骨料，利用各骨料成分密度、弹性模量及线膨胀系数的差异，在干熄焦莫来石砖组织结构内部形成微裂纹增韧，提高了砖的热震稳定性，同时由于添加的红柱石与硅线石，两者在不同温度下一次莫来石化与二次莫来石化，在生成莫来石相的同时，产生持续的体积膨胀，抵消了砖高温液相烧结收缩，提高了砖的高温体积稳定性和高温性能，且形成了相变增韧，提高了砖的抗热震性能。另外，本申请的特级高铝烧结好、吸水率低、体密高、致密，能提高砖的体积密度和耐磨性；氧化铝具有填充作用，使基质部分趋于最紧密堆积，还能加强基质，提高烧结活性，降低烧结温度，提高砖的强度，改善砖的抗冲刷性能和抗侵蚀性能；而烧结莫来石晶相为柱状、针状，针柱状莫来石相互穿插构成坚固的组织结构，使干熄焦莫来石砖具有良好的抗侵蚀和抗冲刷性能。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的干熄焦莫来石砖及其制备方法进行详细描述。

干熄焦炉要求耐火材料必需具有抗化学腐蚀、耐磨、良好的高温体积稳定性、耐冲刷及抗热震性能。由此本申请提供了一种高密度、低气孔、高强度、耐磨性能及抗热震性能优良的干熄焦莫来石砖及其制备方法。

本申请提供了一种干熄焦莫来石砖，包括：

本申请干熄焦莫来石砖以特级高铝、烧结莫来石、白焦宝石、红柱石为骨料，利用各骨料成分密度、弹性模量及线膨胀系数的差异性，在砖的组织结构内部产生大量微裂纹，使得由于热胀冷缩在材料内部产生的应力得到释放，从而提高材料的耐热冲击性，大大提高砖的热震稳定性；且其主要物质是烧结莫来石，因而增加了干熄焦莫来石砖的耐火度、热震性及体积稳定性；同时添加的红柱石与硅线石，两者在不同温度下一次莫来石化和二次莫来石化，在生成莫来石相的同时，持续产生一定的体积膨胀，抵消了砖高温液相烧结产生的收缩，进一步提高了砖的高温体积稳定性和高温性能，组织结构内部相变增韧，进一步提高了砖的抗热震性能。

高铝熟料按化学成分高低划分为9个牌号，其中特级高铝熟料含铝量在88％以上。由于特级高铝烧结好、吸水率低、体密高且致密，因此本申请以特级高铝作为干熄焦莫来石砖的组分，能够提高砖的体积密度与耐磨性。若所述特级高铝的加入量过少，则对干熄焦莫来石砖的体积密度与耐磨性提高作用不大，若加入量过多，则增加成本且砖的热震性能降低。本申请所述特级高铝含量为5wt％～10wt％，在一些实施例中，所述特级高铝的含量优选为6.2wt％～9.3wt％，在一些实施例中，所述特级高铝的含量优选为7.5wt％～8.6wt％。本申请所述特级高铝的来源优选为山西回转窑或梭式窑料。

本申请所述烧结莫来石作为干熄焦莫来石的主要物质，其晶相为针状或柱状，针柱状莫来石互相穿插构成坚固的骨架，使干熄焦莫来石砖具有一系列良好的性能，如高的热态强度与荷重软化温度，好的热震性等，另外还具有高温蠕变量小、线膨胀系数小，抗化学侵蚀性强等优点。所述烧结莫来石的加入量过少或过多，均会影响干熄焦莫来石砖的综合性能。本申请所述烧结莫来石的含量为45wt％～55wt％，在一些实施例中，所述烧结莫来石的含量优选为47wt％～52wt％，在一些实施例中，所述烧结莫来石的含量优选为48wt％～51.8wt％，在一些实施例中，所述烧结莫来石的含量优选为49.2wt％～50.5wt％。本申请所述烧结莫来石的来源没有特别的限制，可优选湖南辰溪产全天然烧结莫来石。

红柱石是一种铝硅酸盐矿物，其为短柱状或放射状集合体，在约1400℃开始转化成莫来石，产生一定体积膨胀，能提高砖的热震性、体积稳定性、荷重软化温度及蠕变性能等。本申请所述红柱石的含量为5wt％～15wt％，在一些实施例中，所述红柱石的含量优选为6.7wt％～13.9wt％；在一些实施例中，所述红柱石的含量优选为7.6wt％～13wt％，在一些实施例中，所述红柱石的含量优选为8wt％～12wt％，在一些实施例中，所述红柱石的含量优选为9.2wt％～11.8wt％。所述红柱石的含量过低则会影响干熄焦莫来石砖的热震性能。本申请所述红柱石优选为国外进口红柱石或国内高纯红柱石。

本申请所述白焦宝石烧结好，吸水率低，致密，能降低干熄焦莫来石砖的气孔率，提高热震性。本申请所述白焦宝石的含量为5wt％～10wt％，在一些实施例中，所述白焦宝石的含量优选为5.7wt％～9.2wt％，在一些实施例中，所述白焦宝石的含量优选为6.2wt％～8.6wt％，在一些实施例中，所述白焦宝石的含量优选为7.4wt％～8.0wt％，本申请所述白焦宝石的含量过低则其作用得不到发挥，若含量过高则会影响砖的体积密度与耐磨性。本申请所述白焦宝石优选为YNS44牌号白焦宝石。

按照本申请，所述干熄焦莫来石砖中还包括具有填充作用的氧化铝，其使基质部分趋于最紧密堆积，所述氧化铝还能加强基质，提高烧结活性，降低烧结温度，提高砖的强度，改善砖的抗冲刷性能和抗侵蚀性能。本申请所述氧化铝的含量为2wt％～6wt％，在一些实施例中，所述氧化铝的含量优选为2.6wt％～5.4wt％，在一些实施例中，所述氧化铝的含量优选为3.2wt％～4.9wt％。本申请所述氧化铝优选为活性氧化铝或煅烧氧化铝。

本申请所述粘土在干熄焦莫来石砖中能够促进烧结，降低砖的烧成温度。所述粘土的含量为2wt％～8wt％，在一些实施例中，所述粘土的含量优选为2.5wt％～7.6wt％，在一些实施例中，所述粘土的含量优选为3.3wt％～7.0wt％，在一些实施例中，所述粘土的含量优选为4.3wt％～6.2wt％，在一些实施例中，所述粘土的含量优选为5.0wt％～5.8wt％。所述粘土的含量过高，则会使干熄焦莫来石砖过度烧结，产生较多低熔物，降低砖的高温性能。

本申请在制备干熄焦莫来石砖的过程中，首先制备了原料混合的泥料，然后将泥料进行压制、干燥及烧成，即得到干熄焦莫来石砖。

在制备干熄焦莫来石砖的过程中，以烧结莫来石为基础，所述烧结莫来石中优选含有11wt％～21wt％的粒度为3～5mm的烧结莫来石颗粒，28wt％～38wt％的粒度为1～3mm的烧结莫来石颗粒，15wt％～25wt％的粒度为0～1mm的烧结莫来石颗粒，26wt％～36wt％的粒度为-200目的烧结莫来石细粉。

本申请所述红柱石的粒度优选为1～3mm与0～1mm，其中粒度为1～3mm的红柱石的含量优选为50wt％～70wt％，粒度为0～1mm的红柱石的含量优选为30wt％～50wt％。所述白焦宝石的粒度优选为1～3mm。所述硅线石的粒度优选为-200目，所述氧化铝的粒度为-5μm，所述粘土的粒度优选为-200目。

为了使干熄焦莫来石砖的各种组分混合均匀，本申请所述泥料的制备优选按照下述过程制备：

将粒度为-200目的烧结莫来石细粉、-200目的硅线石细粉、-5μm的氧化铝微粉与-200目的粘土进行预混，得到预混粉，所述预混的时间为25～30min；

将纸浆干粉与水混合静置，得到纸浆水；

将3～5mm的特级高铝颗粒料、3～5mm、1～3mm与0～1mm的烧结莫来石颗粒料、1～3mm的白焦宝石颗粒料、0～1mm与1～3mm的红柱石颗粒料进行干混，再加入纸浆水进行混碾，最后加入预混粉，静混，得到泥料。

上述过程中所述纸浆水比重优选为1.15～1.25。所述静置的时间优选为20～26h。所述干混的时间优选为2～4min，所述混碾的时间优选为2～3min，所述静混的时间优选为15～20min。所述纸浆水为所述泥料的2.5wt％～3.5wt％。

本申请所述泥料优选按照上述方法制备能够保证细粉各成分充分混合均匀，进而保证干熄焦莫来石砖的组织结构均匀。

在制备泥料之后，本申请则将所述泥料进行压制成型，得到砖坯。本申请所述砖坯的体积密度优选为2.58～2.62g/cm³，然后将成型后的砖坯进行干燥。所述砖坯经过干燥后残余水分≤0.8％。

按照本发明，最后将干燥后的砖坯进行烧成。所述烧成优选在弱氧化气氛下进行，所述烧成的温度优选为1420℃～1450℃，保温时间优选为8～10h。

本申请的大部分原料经过烧结，吸水率较低，同时基质中硅线石的莫来石化程度较高，针柱状晶体发育较好，与部分骨料颗粒边缘形成的针柱状莫来石相互啮合交错呈网络结构，强化了与骨料的结合，本发明产品莫来石砖机械强度90MPa以上、显气孔率16％以下、体积密度高于2.52g/cm³，耐磨性能4cm³以下。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的干熄焦莫来石砖及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，所述干熄焦莫来石砖由特级高铝7％，全天然烧结莫来石51％，红柱石10％，白焦宝石8％，硅线石15％，氧化铝微粉4％和结合粘土5％组成。

其中特级高铝为山西回转窑5～3mm的颗粒料，全天然烧结莫来石51％是由8％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、17％粒度3～1mm烧结莫来石颗粒料、10％粒度1～0mm烧结莫来石颗粒料和16％粒度-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石为由5％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和5％粒度为1～0mm红柱石颗粒料组成，产地为南非。白焦宝石为YNS44牌号的，粒度为3～1mm的颗粒料。硅线石为灵寿硅线石，粒度为-200目的细粉料。氧化铝微粉为煅烧型，粒度为-5μm。结合粘土为广西维罗泥，粒度为-200目。

制备方法：

基质预混：将烧结莫来石细粉、硅线石细粉、氧化铝微粉和结合粘土粉一起进入预混设备进行预混，预混时间25～30min。

纸浆水制备：将纸浆干粉加入到专用搅拌设备内，加水搅拌，静置24h后再搅拌均匀使用，配制比重控制在1.15～1.25。

配料：将颗粒料加入到强制混砂机后，先干混2～4min，加入纸浆水溶液混碾2～3min，纸浆水加入量为总原料量的2.5～3.5％，再加入预混粉，净混时间15～20min，出料，制成泥料；

成型：将泥料用压砖机压制成砖坯，成型砖坯体积密度按2.58～2.62g/cm³控制；

干燥：将成型后砖坯在红外线窑内进行干燥，干燥后砖坯残余水分≤0.8％；

烧成：将干燥后的砖坯推入到125.4m隧道窑内进行烧成，弱氧化气氛，最高烧成温度1420℃～1450℃，最高烧成温度下的保温时间为8～10h，保温后自然冷却即可出窑。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测标准具体为：

按照GB/T 6900.4-2006粘土、高铝质耐火材料化学分析方法中的EDTA容量法测定了耐火砖中氧化铝含量；

按照GB/T 6900.3-2006粘土、高铝质耐火材料化学分析方法中的邻二氮杂菲光度法测定了耐火砖中三氧化二铁含量；

按照GB/T 2997-2000中致密定形耐火制品显气孔率、吸水率、体积密度和真气孔率试验方法测试了耐火砖的显气孔率和体积密度；

按照GB/T 5072-1985致密定形耐火制品常温耐压强度试验方法测试了耐火砖的耐压强度；

按照YB/T 370-1995耐火制品荷重软化温度试验方法(非示差-升温法)测试了耐火砖的荷重软化温度；

按照GB/T 18301-2001耐火材料常温耐磨性试验方法测试了耐火砖的耐磨性；

按照YB/T 376.1-1995耐火制品抗热震性试验方法(水-急冷法)测试了耐火砖的热震稳定性。检测结果如表1所示。

实施例2

与实施例1相同，区别在于：本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，由特级高铝10％，全天然烧结莫来石49％，红柱石13％，白焦宝石6％，硅线石13％，氧化铝微粉5％与结合粘土4％组成。

其中全天然烧结莫来石是由6％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、14％粒度3～1mm烧结莫来石颗粒料、12％粒度1～0mm烧结莫来石颗粒料和17％粒度-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石由8％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和5％粒度为1～0mm的红柱石颗粒料组成，产地为新疆。氧化铝微粉为活性型，粒度为-5μm。结合粘土为苏州白泥，粒度为-200目。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测结果如表1所示。

实施例3

与实施例1相同，区别在于：本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，由特级高铝5％，全天然烧结莫来石48％，红柱石15％，白焦宝石10％，硅线石12％，氧化铝微粉6％与结合粘土4％组成。

其中全天然烧结莫来石是由10％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、14％粒度为3～1mm烧结莫来石颗粒料、9％粒度1～0mm烧结莫来石颗粒料和15％粒度-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石由10％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和5％粒度为1～0mm的红柱石颗粒料组成，产地为南非。氧化铝微粉为活性型，粒度为-5μm。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测结果如表1所示。

实施例4

与实施例1相同，区别在于：本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，由特级高铝8％，全天然烧结莫来石52％，红柱石8％，白焦宝石5％，硅线石18％，氧化铝微粉3％，和结合粘土6％组成。

其中全天然烧结莫来石由7％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、18％粒度为3～1mm烧结莫来石颗粒料、12％粒度为1～0mm烧结莫来石颗粒料和15％粒度为-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石由4％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和4％粒度为1～0mm红柱石颗粒料组成，产地为新疆。结合粘土为苏州白泥，粒度为-200目。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测结果如表1所示。

实施例5

与实施例相同，区别在于：本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，由特级高铝6％，全天然烧结莫来石55％，红柱石6％，白焦宝石9％，硅线石16％，氧化铝微粉5％，和结合粘土3％组成。

其中全天然烧结莫来石是由9％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、20％粒度为3～1mm烧结莫来石颗粒料、10％粒度为1～0mm烧结莫来石颗粒料和16％粒度为-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石由3％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和3％粒度为1～0mm红柱石颗粒料组成，产地为新疆。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测结果如表1所示。

实施例6

与实施例1相同，区别在于：本发明干熄焦莫来石砖，以重量百分含量表示，由特级高铝9％，全天然烧结莫来石51％，红柱石12％，白焦宝石7％，硅线石14％，氧化铝微粉5％，和结合粘土2％组成。

其中全天然烧结莫来石由7％粒度为5～3mm烧结莫来石颗粒料、16％粒度为3～1mm烧结莫来石颗粒料、10％粒度1～0mm烧结莫来石颗粒料和18％粒度-200目烧结莫来石细粉组成。红柱石由8％粒度为3～1mm的红柱石颗粒料和4％粒度为1～0mm的红柱石颗粒料组成，产地为南非。氧化铝微粉为活性型，粒度为-5μm。结合粘土为苏州白泥，粒度为-200目。检测本实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能，检测结果如表1所示。

表1 实施例制备的干熄焦莫来石砖的性能数据表

从上述实施例可以看出本发明产品各项指标均大于市场上现有技术莫来石砖，较低的气孔率可提高产品抗侵蚀性，较高的体密和耐压强度可提高产品耐磨性及抗冲刷性，较高的热震次数可改善产品抗热冲击和剥落性能，良好的热震及耐磨性能确保干熄焦安全运行及延长了干熄焦炉龄。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种干熄焦莫来石砖，包括：

2.根据权利要求1所述的干熄焦莫来石砖，其特征在于，所述氧化铝为活性氧化铝或煅烧氧化铝。

3.根据权利要求1所述的干熄焦莫来石砖，其特征在于，所述烧结莫来石的含量为47wt％～52wt％。

4.根据权利要求1所述的干熄焦莫来石砖，其特征在于，所述红柱石的含量为8wt％～12wt％。

5.一种干熄焦莫来石砖的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结莫来石中11wt％～21wt％的烧结莫来石粒度为3～5mm，28wt％～38wt％的烧结莫来石粒度为1～3mm，15wt％～25wt％的烧结莫来石粒度为0～1mm，26wt％～36wt％的烧结莫来石粒度为-200目。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述红柱石中50wt％～70wt％的红柱石粒度为1～3mm，30wt％～50wt％的红柱石粒度为0～1mm。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述白焦宝石的粒度为1～3mm，所述氧化铝的粒度为-5μm，所述粘土的粒度为-200目。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纸浆水的含量为所述泥料的2.5wt％～3.5wt％。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纸浆水的比重为1.15～1.25。