CN111348929A - 一种碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法，解决的技术问题是提高炭砖的保温性能时，炭砖内孔隙率会增加，势必引起炭砖的体积密度和整体强度的降低，影响炭砖的使用性能。本发明由以下原料制备而成：基质料为：50～65重量份的焦炭粉末，辅料为：15～25重量份的碳纤维增强体、25～40重量份的粘结剂、1～3重量份的造孔剂和1～3重量份的塑性剂。本发明采用孔隙率高的原料来保证产品的气孔率，从而提高炭砖的保温性能；碳纤维先用分散剂处理，使碳纤维束打开，并先在液态的粘结剂中充分搅拌分散，保证了碳纤维在增强体中均匀分散。

Description

一种碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温材料领域，具体涉及一种高炉、电炉用碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法。
背景技术
现有生产炭块的厂家主要生产高炉、电炉用炉衬炭砖，生产时只关注炭砖的导热性能，极少关注炭砖的保温性能。而碳材料是极少数能够耐受2000℃以上温度的材料，所以提高炭砖保温性能的手段也比较单一，主要是通过提高孔隙率来降低炭砖的热导率。随着炭砖内孔隙率的增加，势必引起炭砖的体积密度和整体强度的降低，从而影响炭砖的使用性能，就需要对炭砖基体进行增强。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提高炭砖的保温性能时，炭砖内孔隙率会增加，势必引起炭砖的体积密度和整体强度的降低，影响炭砖的使用性能，提供一种对炭砖基体进行增强的碳纤维增强多孔保温炭块及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种碳纤维增强多孔保温炭块，由以下原料制备而成：基质料为：50～65重量份的焦炭粉末，辅料为： 15～25重量份的碳纤维增强体、25～40重量份的粘结剂、1～3重量份的造孔剂和1～3重量份的塑性剂。
所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末、焦炭粉末35～65重量份的粘结剂，焦炭粉末1～2重量份的碳纤维。碳纤维为增强体。
所述的粘结剂为煤沥青或者煤焦油，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：1、先将50～65 重量份的焦炭粉末、15～25重量份的碳纤维增强体、1～3重量份的造孔剂和1～3重量份的塑性剂置于混捏锅中共混30～60分钟，使各组分混合均匀并加热至 60～80摄氏度；
2、将25～40重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合40～60分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在80～150摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温40min；
②取1～2重量份碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；碳纤维用分散剂作分散处理后直接在液态的粘结剂中分散开，保证了碳纤维在增强体中分散均匀；碳纤维通过制成碳纤维增强体炭条的方式加到炭砖中，降低了炭砖成型难度。
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在60～80摄氏度下充分搅拌40～60分钟，得到均匀的糊料；
③添加糊料1～3重量份的润滑剂后充分搅拌10～20分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ4～5mm的长炭条，在60～150摄氏度条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在隔绝氧气条件下煅烧至700-1350摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤焦油或煤沥青；所述的润滑剂为油酸。
所述碳纤维的长度为10～20mm。
本发明采用孔隙率高的原料来保证产品的气孔率，从而提高炭砖的保温性能；碳纤维先用分散剂处理，使碳纤维束打开，并先在液态的粘结剂中充分搅拌分散，保证了碳纤维在增强体中均匀分散；增强体经过预烧，增强了炭块生坯的强度，使得炭块在烧结过程中更加不易变形。
具体实施方式
下面，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：
1、取100目的焦炭粉末、碳纤维增强体、PVC泡沫微球颗粒和纤维素按质量比60:25:3:2的比例添加到混捏锅中，加热到65℃，搅拌20min；
2、混捏锅加入40质量份的煤沥青，混捏30min后出料加入模压机中成型，生坯在常温晾干24h后置于烘箱内分60℃、80℃、100℃、120℃和150℃五个温度段烘干；
3、烘干后的生坯置于气氛炉内，在氮气保护气氛下煅烧至850℃，保温 2h，得到目标炭砖。
一种碳纤维增强体的制备方法，包括以下步骤：
①称取粒度200目的焦炭粉末100重量份，放入机械混捏锅，加热到锅体温度65℃，保温40min；
②称取2重量份、长度为10～20mm的碳纤维，用1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液作分散处理，然后加入60质量份的煤焦油中搅拌30min；
③将充分搅拌后的碳纤维和煤焦油加入混捏锅中混捏，搅拌60min，然后加入1重量份的油酸，继续搅拌20min；
④出料后经练泥机练料一遍后由螺旋挤出机挤出，成型成直径5mm，长 50mm左右的碳纤维增强炭条生坯，常温晾干24h后置于烘箱内分60℃、80℃、 100℃、120℃和150℃五个温度段烘干；
⑤烘干后的炭条生坯置于气氛炉内，在氮气保护气氛下煅烧至850℃，保温 2h，得到碳纤维增强体。
对本实施例制备的炭砖主要参数与行标(YB/T 141一1998)对比结果如表1：
表1，本实施例制备的炭砖主要参数与行标(YB/T 141一1998)对比结果表
检测项目 单位 行标值 实测值
真密度(不小于) g/cm<sup>3</sup> 1.90 1.95
体积密度(不小于) g/cm<sup>3</sup> 1.54 1.74
耐压强度(不小于) MPa 36 48
显气孔率(不大于) ％ 18 14
从表1可以看出，本实施例制备的炭砖的真密度、体积密度、耐压强度性能参数均高于行业标准值，显气孔率则小于行业标准值，由此可见，本发明制备的碳纤维增强多孔保温炭块的主要性能参数均优于行业标准值。
实施例2
一种碳纤维增强多孔保温炭块，由以下原料制备而成：基质料为：50重量份的焦炭粉末，辅料为：15重量份的碳纤维增强体、25重量份的粘结剂、1重量份的造孔剂和1重量份的塑性剂。
所述的粘结剂为煤沥青，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末100重量份、35重量份的粘结剂，1重量份的碳纤维。
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：1、先将50重量份的焦炭粉末、15重量份的碳纤维增强体、1重量份的造孔剂和1重量份的塑性剂置于混捏锅中共混30分钟，使各组分混合均匀并加热至60摄氏度；
2、将25重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合40分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在80摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末100，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温40min；
②取1重量份的碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在60摄氏度下充分搅拌40分钟，得到均匀的糊料；
③添加1重量份的润滑剂后充分搅拌10分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ4mm的长炭条，在60摄氏度条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在隔绝氧气条件下煅烧至700摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤焦油；所述的润滑剂为油酸。
所述碳纤维的长度为10mm。
实施例3
一种碳纤维增强多孔保温炭块，由以下原料制备而成：基质料为：65重量份的焦炭粉末，辅料为：25重量份的碳纤维增强体、40重量份的粘结剂、3重量份的造孔剂和3重量份的塑性剂。
所述的粘结剂为煤沥青，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末100重量份、65重量份的粘结剂，2重量份的碳纤维。
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：1、先将65重量份的焦炭粉末、25重量份的碳纤维增强体、3重量份的造孔剂和3重量份的塑性剂置于混捏锅中共混60分钟，使各组分混合均匀并加热至80摄氏度；
2、将40重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合60分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在150摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末100重量份，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温 40min；
②取2重量份的碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在80摄氏度下充分搅拌60分钟，得到均匀的糊料；
③添加3重量份的润滑剂后充分搅拌20分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ5mm的长炭条，在150摄氏度条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在隔绝氧气条件下煅烧至1350摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤沥青；所述的润滑剂为油酸。所述碳纤维的长度为20mm。
实施例4
一种碳纤维增强多孔保温炭块，由以下原料制备而成：基质料为：60重量份的焦炭粉末，辅料为：20重量份的碳纤维增强体、30重量份的粘结剂、2重量份的造孔剂和2重量份的塑性剂。
所述的粘结剂为煤沥青，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末100重量份、50重量份的粘结剂，1.5重量份的碳纤维。
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：1、先将60重量份的焦炭粉末、20重量份的碳纤维增强体、2重量份的造孔剂和2重量份的塑性剂置于混捏锅中共混50分钟，使各组分混合均匀并加热至70摄氏度；
2、将30重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合50分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在120摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末100重量份，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温 40min；
②取1.5重量份的碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在70摄氏度下充分搅拌50分钟，得到均匀的糊料；
③添加2重量份的润滑剂后充分搅拌15分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ5mm的长炭条，在120摄氏度条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在惰性气体保护气氛下煅烧至850摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤焦油；所述的润滑剂为油酸。
所述碳纤维的长度为15mm。
实施例5
一种碳纤维增强多孔保温炭块，由以下原料制备而成：基质料为：50重量份的焦炭粉末，辅料为：25重量份的碳纤维增强体、30重量份的粘结剂、2重量份的造孔剂和2重量份的塑性剂。
所述的粘结剂为煤沥青，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末100重量份、50重量份的粘结剂，2重量份的碳纤维。
一种碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，包括以下步骤：1、先将60重量份的焦炭粉末、20重量份的碳纤维增强体、2重量份的造孔剂和1重量份的塑性剂置于混捏锅中共混40分钟，使各组分混合均匀并加热至70摄氏度；
2、将35重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合45分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在100摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末100，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温40min；
②取2重量份的碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在75度下充分搅拌60，得到均匀的糊料；
③添加2重量份的润滑剂后充分搅拌20分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ4～5mm的长炭条，在120条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在隔绝氧气条件下煅烧至1000摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤焦油或煤沥青；所述的润滑剂为油酸。所述碳纤维的长度为10～20mm。

Claims (8)

1.一种碳纤维增强多孔保温炭块，其特征在于：由以下重量份的原料制备而成：基质料为： 50～65重量份的焦炭粉末，辅料为：15～25重量份的碳纤维增强体、25～40重量份的粘结剂、1～3重量份的造孔剂和1～3重量份的塑性剂。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强多孔保温炭块，其特征在于：所述的焦炭粉末的粒度≤100目，碳纤维增强体为预先烧结的碳纤维增强体。
3.根据权利要求2所述的碳纤维增强多孔保温炭块，其特征在于：所述预先烧结的碳纤维增强体以下原料制备而成：基质料为粒度≤200目的焦炭粉末100重量份、焦炭粉末35～65重量份的粘结剂，焦炭粉末1～2重量份的碳纤维。
4.根据权利要求3所述的碳纤维增强多孔保温炭块，其特征在于：所述的粘结剂为煤沥青或者煤焦油，所述的造孔剂为PVC泡沫微球颗粒，所述的塑性剂为纤维素。
5.根据权利要求1-4任一项所述的碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1、先将50～65重量份的焦炭粉末、 15～25重量份的碳纤维增强体、1～3重量份的造孔剂和1～3重量份的塑性剂置于混捏锅中共混30～60分钟，使各组分混合均匀并加热至60～80摄氏度；
2、将25～40重量份的粘结剂加入混捏锅中充分混合40～60分钟，得到生产所需糊料；
3、将步骤2制得的糊料成型，在80～150摄氏度条件下干燥，得到炭砖生坯；在惰性气体的保护气氛下煅烧至700摄氏度，制得碳纤维增强多孔保温炭块。
6.根据权利要求5所述的碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，其特征在于：步骤1所述的碳纤维增强体的制备方法包括以下步骤：①称取粒度≤200目的焦炭粉末，放入机械混捏锅中混捏，加热锅体温度到65℃，保温40min；
②取1～2重量份碳纤维，用1.0重量份分散剂分散处理碳纤维，分散处理后的碳纤维加入到所需的粘结剂中充分搅拌；
②将在粘结剂中充分搅拌后的碳纤维加入到步骤①中盛有焦炭粉末的混捏锅中，在60～80摄氏度下充分搅拌40～60分钟，得到均匀的糊料；
③添加1～3 重量份的润滑剂后充分搅拌10～20分钟；
④将步骤③制得的糊料挤出成型为φ4～5mm的长炭条，在60～150摄氏度条件下干燥，得到增强体生坯；
⑤在隔绝氧气条件下煅烧至700-1350摄氏度，保温2h，制得碳纤维增强体。
7.根据权利要求6所述的碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，其特征在于：步骤①所述的分散剂为1.0重量份的脂肪醇醚磷酸酯溶液；所述的粘结剂为煤焦油或煤沥青；所述的润滑剂为油酸。
8.根据权利要求6所述的碳纤维增强多孔保温炭块的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的长度为10～20mm。
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