CN1807354A - 高导热微孔模压炭砖及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热微孔模压炭砖及其生产方法。以重量百分比表示，原料中含有电锻无烟煤38～63％，石墨26～45％，硅粉8～15％，α－Al2O3粉3～8％，外加占上述原料总重5～10％的酚醛树脂，经配料、混碾、冷模压成型，在还原气氛下高温烧成等工艺，生产出高导热微孔模压炭砖。本发明采用部分石墨原料，提高了炭砖的导热系数；采用硅粉和α－Al2O3粉作添加剂，提高了炭砖的抗铁水溶蚀性和抗氧化性；采用酚醛树脂做结合剂不需要热料成型，简化了生产工艺，改善了劳动条件，生产出性能优良的高导热微孔模压炭砖。该砖适用于高炉炉底、炉缸的炭砖炉衬，可替代进口优质炭砖，有显著的经济效益和社会效益。
Description
一、技术领域：本发明涉及一种耐火材料及其生产方法，特别是涉及一种高导热微孔模压炭砖及其生产方法。
二、背景技术：耐火材料的使用遍及金属冶炼、石油化工、建材和机械制造等工业领域，它是各种高炉、工业窑炉、加热炉和均热炉等热工设备大量使用的必需材料。目前国内开发研制高炉用微孔炭砖的厂家有武钢、兰州炭素有限公司、吉林炭素有限责任公司等。国外早在上世纪70年代即开始研制微孔炭砖，比较成熟的产品主要有：美国UCAR公司生产的NMA热模压小炭砖、法国的AM-102微孔炭砖、日本的BC-7S炭砖等。国内有很多座大中型高炉采用美国热模压小炭砖，高炉寿命明显延长。实践表明，热模压小炭砖是具有世界先进水平的炭砖品种。分析该砖的理化性能得知，其主要优点是(1)导热系数高，达到16W/mK(600℃)；(2)抗碱侵蚀性较好，达到优(U)的水平。其缺点是(1)耐压强度较低(＜30MPa)；(2)铁水溶蚀性较差(28.18％)；(3)结构不属于微气孔砖，平均孔径为1.083μm，＜1μm孔容积为53.4％。美国热模压小炭砖在我国占领广大市场，但其价格昂贵，达3～4万元/吨。
申请号为CN00116085.0和CN00116084.2的发明专利分别公开的平顶山市鲁山炭素厂生产的高抗蚀微孔焙烧炭砖和微孔自焙炭砖，这两项专利配方除采用电锻无烟煤、硅粉、人造石墨电极等原料外，还加入了炭化硅和钛，采用煤沥青和少量树脂作结合剂；而本发明产品配方中含有α-Al2O3粉，采用酚醛树脂作结合剂，配方与前两者不同；另外从性能上本发明产品的导热系数和铁水溶蚀系数等方面都优于鲁山炭素厂的产品。
三、发明内容：
本发明的目的在于克服现有耐火材料的缺点，延长高炉的使用寿命，生产出具有导热系数高，抗碱性强，耐压强度、抗铁水溶蚀性和微气孔等性能指标优良的高导热微孔模压炭砖。
本发明的目的还在于提供了一种高导热微孔模压炭砖的生产方法，生产工艺成熟，生产成本低，易于工业化生产。
本发明的技术方案：
一种高导热微孔模压炭砖，以重量百分比表示，原料中含有电锻无烟煤38～63％，石墨26～45％，硅粉8～15％，α-Al2O3粉3～8％，另外加入占上述原料总重5～10％的酚醛树脂。
所述的高导热微孔模压炭砖，原料中电锻无烟煤粒度5～3mm的占10～18％，粒度3～1mm的占20～30％，粒度1～0mm的占8～15％，石墨中粒度5～3mm的石墨电极占8～15％、粒度3～1mm的石墨电极占3～8％、L-197的天然石墨占15～22％，硅粉8～15％，α-Al2O3粉3～8％，另外加入占上述原料总重5～10％的酚醛树脂。
所述的高导热微孔模压炭砖，原料中电锻无烟煤粒度5～3mm的占11～15％，粒度3～1mm的占21～26％，粒度1～0mm的占9～12％，石墨中粒度5～3mm的石墨电极占9～13％、粒度3～1mm的石墨电极占4～7％、L-197的天然石墨占16～20％，硅粉占9～13％，α-Al2O3粉占4～6％，外加占上述原料总重6～8％的酚醛树脂。
有关原料的性能要求见表1
表1 高导热微孔模压炭砖原料性能要求
| 序号 | 原料名称 | 要求 |
| 1 | 电锻无烟煤 | 1)灰分＜6％；2)比电阻500～600μΩ/m |
| 2 | 硅粉 | 1)Si＞98％；2)粒度＜320目 |
| 3 | 石墨电极 | 1)灰分＜1.5％；2)比电阻＜110μΩ/m |
| 4 | L-197的天然石墨 | 1)C≥97％；2)粒度＜100目 |
| 5 | α-Al2O3粉 | 1)Al2O3≥99％；2)粒度＜5μm |
| 6 | 酚醛树脂 | 1)固含量＞70％；2)水分＜2％；3)固定碳＞40％ |
一种高导热微孔模压炭砖的生产方法，它包括以下工艺过程：
按配比称取原料，将电锻无烟煤和粒度大1mm的石墨电极作为骨料混碾3～5分钟，然后加入酚醛树脂混碾3～5分钟，再加入硅粉、α-Al2O3粉和L-197的天然石墨，混碾20～30分钟，即可出料。
混合料用桶或塑料包装密封，睏料8～12小时，然后根据砖的尺寸大小不同，采用400吨～1000吨的摩擦压砖机，按设计砖型冷模压制成型。压砖时注意排气，成型的砖坯尺寸公差小于1mm。按砖坯体积密度要求控制成型质量，同时要求表面光洁平整，不能有麻点、坑凹、裂纹等。
砖坯在烘房中干燥2天以上，在还原气氛下高温烧成。先将砖坯从室温经24～36小时缓慢升温，温度达到300±10℃，然后保温24～30小时，再经72～96小时缓慢升温，温度达到1500±20℃，然后保温72～96小时后，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；将检验合格的炭砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。
最后将产品入库、保管和发货。有关产品标志、运输、质量和证明书按GB/T10325的规定进行。
本发明的积极有益效果：
1、本发明产品具有优良的性能，适用于高炉炉底、炉缸的炭砖炉衬，完全可以替代用于高炉炉底、炉缸的进口优质炭砖。
表2为高导热微孔模压炭砖与其他炭砖性能对比试验结果，从表2可以看出本发明炭砖的性能优点如下：
a)导热系数比其他进口炭砖都高，优于其他进口炭砖产品；
b)耐压强度高于美国NMA炭砖和日本BC-8SR炭砖，本发明产品耐压强度大于35MPa，可满足高炉使用；
c)抗铁水溶蚀性最好，远优于其他炭砖。
表2 高导热微孔模压炭砖与其他炭砖性能对比试验结果
| 序号 | 性能 | 单位 | 本发明炭砖 | 美国NMA炭砖 | 德国7RD-N炭砖 | 日本BC-8SR炭砖 | 兰州石墨砖 | |
| 1 | 显气孔率 | ％ | 10.93 | 18.86 | 15.05 | 10.02 | 20.57 | |
| 2 | 体积密度 | g/cm3 | 1.80 | 1.62 | 1.77 | 1.73 | 1.62 | |
| 3 | 耐压强度 | MPa | 35.84 | 29.93 | 44.25 | 31.95 | 29.25 | |
| 4 | 透气度 | mDa | 1.35 | 4.44 | 0.99 | 0.00 | 1.49 | |
| 5 | 铁水溶蚀指数 | ％ | 11.44 | 28.18 | 19.42 | 31.17 | 26.98 | |
| 6 | 氧化率 | ％ | 4.13 | 18.06 | 5.27 | 3.00 | 19.01 | |
| 7 | 平均孔径 | μm | 0.237 | 1.083 | 0.121 | 0.083 | / | |
| 8 | ＜1μm孔容积 | ％ | 76.12 | 53.40 | 76.08 | 88.20 | / | |
| 9 | 导热系数 | 室温 | W/mK | 18.95 | 4.96 | 12.00 | 13.91 | 24.71 |
| 300℃ | 22.93 | 11.30 | 18.95 | 17.70 | 33.32 | |||
| 600℃ | 24.22 | 16.10 | 20.42 | 18.15 | 50.88 | |||
| 800℃ | 24.08 | 16.60 | 19.49 | 17.84 | / | |||
| 10 | 抗碱性 | 原耐压强度 | MPa | 35.84 | 29.93 | 44.25 | 31.95 | 29.25 |
| 后耐压强度 | MPa | 41.89 | 32.15 | 58.60 | 40.82 | 23.61 | ||
| 强度变化率 | ％ | +16.88 | +7.40 | +33.77 | +16.63 | -19.28 | ||
| 体积膨胀率 | ％ | 1.30 | 2.84 | 1.66 | 2.13 | 2.22 | ||
| 试样外观 | 光洁无裂纹 | 光洁无裂纹 | 光洁无裂纹 | 光洁无裂纹 | 有掉边角 | |||
| 评价 | 优(U) | 优(U) | 优(U) | 优(U) | 良(LC) | |||
2、本发明有显著的经济和社会效益，有着广阔的市场。本发明产品已在鞍钢、武钢、昆钢、莱钢、津西钢铁、天津钢管、涟源钢铁等多座600～2500m3高炉上使用，销售收入9500多万元人民币，上缴利税1790万元人民币。
3、本发明产品高导热微孔模压炭砖的研制成功，为我国高炉长寿技术的发展增加了一项新的优质炭砖产品，将在提高我国高炉寿命中发挥重要作用，同时也为炭砖生产技术的进步作出了有益贡献。
4、本发明的高导热微孔模压炭砖是以优质的电锻无烟煤为主要原料，同时采用了部分石墨原料，石墨的加入提高了炭砖的导热系数，但是易引起炭砖强度下降；通过改进生产工艺，加入硅粉和α-Al2O3粉，有效地避免了炭砖强度下降，提高了炭砖的抗铁水溶蚀性和抗氧化性，大大提高了炭砖的质量，并且发展了炭砖的微气孔形成机理。
5、本发明利用一般的耐火材料设备，不需要按常规炭砖生产工艺新建一条炭砖生产线；由于采用树脂作结合剂，而不需要热料成型，简化了生产工艺，改善了劳动条件，并且生产出性能优良的高导热微孔模压炭砖，对降低生产成本，降低炭砖造价，迅速扩大推广应用十分有利，也是炭砖生产技术的变革。
四、附图说明：图1高导热微孔模压炭砖生产工艺流程
五、具体实施方式：
下面举例说明高导热微孔模压炭砖生产方法
实施例一：
按表3中实施例一指定的各组分重量百分比含量称取原料，将电锻无烟煤和粒度大于1mm的石墨电极作为骨料混碾3～5分钟，然后加入酚醛树脂混碾3～5分钟，再加入硅粉、α-Al2O3粉和L-197的天然石墨，混碾20～30分钟，即可出料。混合料用桶或塑料包装密封，睏料8小时，然后成型。
根据砖的尺寸大小不同，采用400吨的摩擦压砖机，按设计砖型冷模压制成型。压砖时注意排气，成型的砖坯尺寸公差小于1mm。按砖坯体积密度要求控制成型质量，同时要求表面光洁平整，不能有麻点、坑凹、裂纹等。
砖坯在烘房中干燥50小时，在还原气氛下高温烧成。先将砖坯从室温经24小时缓慢升温，温度达到300±10℃，然后保温24小时，再经72小时缓慢升温，温度达到1500±20℃，然后保温72小时后，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；将检验合格的炭砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。
最后将产品入库、保管和发货。有关产品标志、运输、质量和证明书按GB/T10325的规定进行。
实施例二：
按表3实施例二指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例一，不重述。
实施例三：
按表3实施例三指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例一，不重述。
实施例四：
按表3实施例四指定的各组分重量百分比含量称取原料，将电锻无烟煤和粒度大于1mm的石墨电极作为骨料混碾3～5分钟，然后加入酚醛树脂混碾3～5分钟，再加入硅粉、α-Al2O3粉和L-197的天然石墨，混碾20～30分钟，即可出料。用桶或塑料包装密封睏料10小时，然后成型。
根据砖的尺寸大小不同，采用800吨的摩擦压砖机，按设计砖型冷模压制成型。压砖时注意排气，成型的砖坯尺寸公差小于1mm。按砖坯体积密度要求控制成型质量，同时要求表面光洁平整，不能有麻点、坑凹、裂纹等。
砖坯在烘房中干燥60小时，在还原气氛下高温烧成。先将砖坯从室温经30小时缓慢升温，温度达到300±10℃，然后保温28小时，再经80小时缓慢升温，温度达到1500±20℃，然后保温72小时后，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；将检验合格的炭砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。
最后将产品入库、保管和发货。有关产品标志、运输、质量和证明书按GB/T10325的规定进行。
实施例五：
按表3实施例五指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例四，不重述。
实施例六：
按表3实施例六指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例四，不重述。
实施例七：
按表3实施例七指定的各组分重量百分比含量称取原料，将电锻无烟煤和粒度大于1mm的石墨电极作为骨料混碾3～5分钟，然后加入酚醛树脂混碾3～5分钟，再加入硅粉、α-Al2O3粉和L-197的天然石墨，混碾20～30分钟，即可出料。用桶或塑料包装密封睏料12小时，然后成型。
根据砖的尺寸大小不同，采用1000吨的摩擦压砖机，按设计砖型冷模压制成型。压砖时注意排气，成型的砖坯尺寸公差小于1mm。按砖坯体积密度要求控制成型质量，同时要求表面光洁平整，不能有麻点、坑凹、裂纹等。
砖坯在烘房中干燥70小时，在还原气氛下高温烧成。先将砖坯从室温经25小时缓慢升温，温度达到300±10℃，然后保温30小时，再经90小时缓慢升温，温度达到1500±20℃，然后保温80小时，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；将检验合格的炭砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。
最后将产品入库、保管和发货。有关产品标志、运输、质量和证明书按GB/T10325的规定进行。
实施例八：
按表3实施例八指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例七，不重述。
实施例九：
按表3实施例九指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例七，不重述。
实施例十：
按表3实施例十指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例七，不重述。
实施例十一：
按表3实施例十一指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例一，不重述。
实施例十二：
按表3实施例十二指定的各组分重量百分比含量称取原料，生产步骤同实施例一，不重述。
表3 实施例中各原料重量百分比配比
表4 实施例三、六、十一生产的高导热微孔模压炭砖的性能指标
| 序号 | 性能 | 单位 | 实施例三 | 实施例六 | 实施例十一 | |
| 1 | 显气孔率 | ％ | 12.26 | 13.24 | 12.17 | |
| 2 | 体积密度 | g/cm3 | 1.79 | 1.83 | 1.78 | |
| 3 | 耐压强度 | MPa | 33.11 | 36.59 | 38.13 | |
| 4 | 透气度 | mDa | 2.30 | 2.40 | 1.35 | |
| 5 | 铁水溶蚀指数 | ％ | 14.51 | 14.71 | 14.38 | |
| 6 | 氧化率 | ％ | 3.55 | 4.06 | 2.32 | |
| 7 | 平均孔径 | μm | 0.530 | 0.235 | 0.0189 | |
| 8 | ＜1μm孔容积 | ％ | 69.87 | 74.71 | 82.58 | |
| 9 | 导热系数 | 室温 | W/mK | 17.16 | 19.81 | 19.37 |
| 300℃ | 18.88 | 20.09 | 21.26 | |||
| 600℃ | 19.36 | 21.68 | 24.33 | |||
| 800℃ | 19.26 | 21.47 | 23.66 | |||
| 10 | 抗碱性 | 原耐压强度 | MPa | 33.31 | 36.59 | 38.13 |
| 后耐压强度 | MPa | 35.42 | 41.43 | 44.86 | ||
| 强度变化率 | ％ | +6.32 | +13.22 | +24.16 | ||
| 体积膨胀率 | ％ | 1.60 | 3.49 | 4.73 | ||
| 试样外观 | 光洁无裂纹 | 光洁无裂纹 | 光洁无裂纹 | |||
| 评价 | 优(U) | 优(U) | 优(U) | |||
Claims (4)
1、一种高导热微孔模压炭砖，其特征是：以重量百分比表示，原料中含有电锻无烟煤38～63％，石墨26～45％，硅粉8～15％，α-Al2O3粉3～8％，另外加入占上述原料总重5～10％的酚醛树脂。
2、根据权利要求1所述的高导热微孔模压炭砖，其特征是：原料中电锻无烟煤粒度5～3mm的占10～18％，粒度3～1mm的占20～30％，粒度1～0mm的占8～15％，石墨中粒度5～3mm的石墨电极占8～15％、粒度3～1mm的石墨电极占3～8％、L-197的天然石墨占15～22％，硅粉8～15％，α-Al2O3粉3～8％，另外加入占上述原料总重5～10％的酚醛树脂。
3、根据权利要求1所述的高导热微孔模压炭砖，其特征是：原料中电锻无烟煤粒度5～3mm的占11～15％，粒度3～1mm的占21～26％，粒度1～0mm的占9～12％，石墨中粒度5～3mm的石墨电极占9～13％、粒度3～1mm的石墨电极占4～7％、L-197的天然石墨占16～20％，硅粉占9～13％，α-Al2O3粉占4～6％，外加占上述原料总重6～8％的酚醛树脂。
4、一种高导热微孔模压炭砖的生产方法，其特征是：它包括以下工艺过程，
a)、根据权利要求1按配比称取原料，将电锻无烟煤和粒度大于1mm的石墨电极作为骨料混碾3～5分钟，然后加入酚醛树脂混碾3～5分钟，再加入硅粉、α-Al2O3粉和L-197的天然石墨，混碾20～30分钟，
b)、混合料睏料8～12小时，然后冷模压成型，
c)、成型的砖坯干燥后，在还原气氛下高温烧成，先将砖坯从室温经24～36小时缓慢升温，温度达到300±10℃，然后保温24～30小时，再经72～96小时缓慢升温，温度达到1500±20℃，然后保温72～96小时，然后随炉冷却出窑。
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