一種超微孔炭磚用瀝青結合劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超微孔炭磚用瀝青結合劑及其制備方法。其技術方案是：按銅元素︰鉬元素︰鈰元素的摩爾比為(1~4)︰(0.5~2)︰(0.2~3)將銅鹽、鉬鹽和鈰鹽混合，球磨，干燥，在氫氣氣氛和400~900℃條件下保溫1~3h，得到復鹽添加劑。再將0.1~5wt%復鹽添加劑、0.1~1wt%表面活性劑、1~10wt%超細單質硅粉、1~5wt%超細碳粉、30~50wt%煤焦油中溫瀝青和40~60wt%煤焦油高溫瀝青混合，球磨，得到瀝青球磨料。外加瀝青球磨料0.1~1wt%正硅酸乙酯、0.1~1wt%有機酸和0.1~1wt%鋁鹽，在70~110℃和150~220℃分別保溫1~5h；攪拌，得到超微孔炭磚用瀝青結合劑。用本發(fā)明制備的瀝青結合劑制備的超微孔炭磚的耐壓強度和導熱系數較高，抗鐵水熔損性能良好。<u/>
【專利說明】一種超微孔炭磚用瀝青結合劑及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于耐火材料【技術領域】。具體涉及一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。

【背景技術】
[0002]高爐是鋼鐵冶金行業(yè)中利用鐵礦石-焦炭還原法生產鐵水的主體設備。在其各工作部位中，高爐爐缸由于儲存著熾熱的鐵水，無法實現熱修補，因而該部位炭磚的壽命決定著高爐一代壽命。隨著高爐向現代化、大型化發(fā)展和實現強化冶煉技術，延長高爐壽命成為鋼鐵企業(yè)降耗增效的主要目標，因而對炭磚質量提出了越來越高的要求。
[0003]高爐炭磚通常以無煙煤、石墨、石油焦等為主要原料，以浙青為粘結劑，經不同溫度焙燒而成。例如高爐炭磚中的超微孔炭磚，其主要特點是，具有較高的導熱系數、較低的平均孔徑和適度的透氣性，因而可降低高爐爐體侵蝕速度，防止鐵水滲透和侵蝕，基本滿足高爐的使用要求。
[0004]但是，采用現有技術方案制備的高爐微孔炭磚，由于浙青揮發(fā)份高及殘?zhí)柯瘦^低，將會使制得的炭磚產品強度、導熱系數和抗熔損性能下降；采用樹脂作為添加劑或結合劑，便于產品的低溫或常溫成型，但是會顯著提高成本，另外，樹脂炭化后形成非晶態(tài)的玻璃碳，導熱差，殘?zhí)柯实停蟠蠼档土颂看u的導熱性能。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種性能優(yōu)良的超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。利用所述浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度、較高的導熱系數和良好的抗鐵水熔損性能。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案的具體步驟是:
步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(廣4): (0.5^2): (0.2?3)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨3(Γ90分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥12?24小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和40(T90(TC條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑。
[0007]步驟二、將0.1?5wt%的復鹽添加劑、0.1?lwt%的表面活性劑、I?10wt%的超細單質娃粉、I?5wt%的超細碳粉、30?50wt%的煤焦油中溫浙青和40?60wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0008]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.l?lwt%的正娃酸乙酯、0.l?lwt%的有機酸和0.riwt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫I?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫Γ5小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌0.5^4小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0009]所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為醋酸銅或為堿式碳酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鈰鹽為硫酸鋪或為草酸鋪。
[0010]所述表面活性劑為蔗糖酯、山梨醇酯和脂肪酸甲酯中的一種。
[0011]所述超細單質硅粉的粒徑小于5 μ m。
[0012]所述超細碳粉的粒徑小于5 μ m。
[0013]所述有機酸為草酸、蘋果酸、檸檬酸和山梨酸中的一種。
[0014]所述鋁鹽為檸檬酸鋁、或為醋酸鋁。
[0015]由于采用上述技術方案，本發(fā)明與現有技術相比具有如下積極效果:
本發(fā)明借助“三步法”組合方案的實施:調節(jié)復鹽添加劑中有效離子的反應活性、優(yōu)化復鹽添加劑在浙青中的分布均勻性、調整碳-氫網絡的結合程度，實現了對浙青結構的優(yōu)化整合，性能優(yōu)良。
[0016]本發(fā)明所制備的浙青結合劑用于超微孔炭磚后，能促進碳化硅晶須和碳納米纖維在材料中的可控生成與分布，調節(jié)了炭磚的顯微結構，使其具有網狀顯微結構。利用制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于55MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.K))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)等特性。
[0017]因此，本發(fā)明制備的浙青結合劑性能優(yōu)良，利用所述浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度、較高的導熱系數和良好的抗鐵水熔損性能。

【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
[0019]為避免重復，先將本【具體實施方式】中的超細單質硅粉和超細碳粉的粒徑統一描述如下，實施例中不再贅述:
所述超細單質硅粉的粒徑小于5 μ m。
[0020]所述超細碳粉的粒徑小于5 μ m。
[0021]實施例1
一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(廣2): (Γ2): (2?3)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨3(Γ50分鐘，于真空干燥箱中在7(T12(TC條件下干燥12?18小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和70(T90(TC條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑。
[0022]步驟二、將3?5wt%的復鹽添加劑、0.Γ0.5wt%的表面活性劑、5?10wt%的超細單質娃粉、I?3wt%的超細碳粉、40?50wt%的煤焦油中溫浙青和40?50wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0023]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.1 "0.5wt%的正娃酸乙酯、0.5?lwt%的有機酸和0.Γ0.5wt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫3?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫3飛小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌2?4小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0024]本實施例中:所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為醋酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鈰鹽為草酸鈰。
[0025]本實施例中:所述表面活性劑為蔗糖酯；所述有機酸為草酸；所述鋁鹽為檸檬酸招。
[0026]利用本實施例制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于58MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.Κ))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)ο
[0027]實施例2
一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(2?4): (0.5^1): (0.2?1)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨5(Γ90分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥15?24小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和40(T70(TC條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑。
[0028]步驟二、將0.l?lwt%的復鹽添加劑、0.5?lwt%的表面活性劑、]Λ5wt%的超細單質娃粉、2?5wt%的超細碳粉、30?40wt%的煤焦油中溫浙青和50?60wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0029]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.5?lwt%的正娃酸乙酯、0.1 "0.5wt%的有機酸和0.5?lwt%的鋁鹽，先升溫至7(T110°C，保溫I?3小時；再升溫至15(T220°C，保溫f 3小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌0.5^1小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0030]本實施例中:所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為堿式碳酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鈰鹽為硫酸鋪。
[0031]本實施例中:所述表面活性劑為山梨醇酯；所述有機酸為蘋果酸；所述鋁鹽為醋Ife招。
[0032]利用本實施例制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于60MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.Κ))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)ο
[0033]實施例3
一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(2?4): (Γ2):(廣2)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨4(Γ70分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥12?18小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和50(T80(TC條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑。
[0034]步驟二、將I?3wt%的復鹽添加劑、0.1?0.5wt%的表面活性劑、5?10wt%的超細單質娃粉、I?3wt%的超細碳粉、40?50wt%的煤焦油中溫浙青和40?50wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0035]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.5?lwt%的正娃酸乙酯、0.1 "0.5wt%的有機酸和0.Γ0.5wt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫3?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫廣3小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌廣3小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0036]本實施例中:所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為醋酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鈰鹽為硫酸鈰。
[0037]本實施例中:所述表面活性劑為脂肪酸甲酯；所述有機酸為檸檬酸；所述鋁鹽為醋fe招。
[0038]利用本實施例制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于55MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.Κ))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)ο
[0039]實施例4
一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(廣2): (Γ2): (0.2?1)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨5(Γ90分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥15?24小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和50(T80(TC條件下保溫3小時，得到復鹽添加劑。
[0040]步驟二、將3?5wt%的復鹽添加劑、0.Γ0.5wt%的表面活性劑、5?10wt%的超細單質娃粉、I?3wt%的超細碳粉、40?50wt%的煤焦油中溫浙青和40?50wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0041]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.1 "0.5wt%的正娃酸乙酯、0.5?lwt%的有機酸和0.5?lwt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫3?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫3飛小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌2?4小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0042]本實施例中:所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為堿式碳酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鋪鹽為草酸鈰。
[0043]本實施例中:所述表面活性劑為蔗糖酯；所述有機酸為山梨酸；所述鋁鹽為檸檬Ife招。
[0044]利用本實施例制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于62MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.Κ))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)ο
[0045]實施例5
一種超微孔炭磚用浙青結合劑及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(2?4): (Γ2):(廣2)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨4(Γ70分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥12?18小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和40(T70(TC條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑。
[0046]步驟二、將0.l?lwt%的復鹽添加劑、0.5?lwt%的表面活性劑、]Λ5wt%的超細單質娃粉、2?5wt%的超細碳粉、30?40wt%的煤焦油中溫浙青和50?60wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料。
[0047]步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.5?lwt%的正娃酸乙酯、0.1 "0.5wt%的有機酸和0.Γ0.5wt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫3?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫廣3小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌廣3小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
[0048]本實施例中:所述銅鹽、鑰鹽和鈰中:銅鹽為醋酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鈰鹽為硫酸鈰。
[0049]本實施例中:所述表面活性劑為山梨醇酯；所述有機酸為檸檬酸；所述鋁鹽為醋Ife招。
[0050]利用本實施例制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于55MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m.Κ))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)ο
[0051]本【具體實施方式】與現有技術相比具有如下積極效果:
本【具體實施方式】借助“三步法”組合方案的實施:調節(jié)復鹽添加劑中有效離子的反應活性、優(yōu)化復鹽添加劑在浙青中的分布均勻性、調整碳-氫網絡的結合程度，實現了對浙青結構的優(yōu)化整合，性能優(yōu)良。
[0052]本【具體實施方式】所制備的浙青結合劑用于超微孔炭磚后，能促進碳化硅晶須和碳納米纖維在材料中的可控生成與分布，調節(jié)了炭磚的顯微結構，使其具有網狀顯微結構。利用本發(fā)明制備的浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度(大于55MPa)、較高的導熱系數(600°C熱導率大于32W/(m -K))和良好的抗鐵水熔損性能(溶蝕指數小于6.5%)等特性。
[0053]因此，本【具體實施方式】制備的浙青結合劑性能優(yōu)良，利用所述浙青結合劑所制備的超微孔炭磚具有較高的耐壓強度、較高的導熱系數和良好的抗鐵水熔損性能。
【權利要求】
1.一種超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述制備方法的步驟是: 步驟一、按銅元素:鑰元素:鈰元素的摩爾比為(廣4): (0.5^2): (0.2?3)將銅鹽、鑰鹽和鈰鹽混合，得到混合料；再將混合料置于高能球磨機中球磨3(Γ90分鐘，于真空干燥箱中在7(T120°C條件下干燥12?24小時，得到干燥料；然后將干燥料置于氣氛加熱爐中，于氫氣氣氛和40(T900°C條件下保溫f 3小時，得到復鹽添加劑； 步驟二、將0.l?5wt%的復鹽添加劑、0.l?lwt%的表面活性劑、10wt%的超細單質娃粉、I?5wt%的超細碳粉、30?50wt%的煤焦油中溫浙青和40?60wt%的煤焦油高溫浙青混合，再將混合后的物料置于高能球磨機中球磨10飛0分鐘，得到浙青球磨料； 步驟三、向浙青球磨料中加入占浙青球磨料0.l?lwt%的正娃酸乙酯、0.l?lwt%的有機酸和0.riwt%的鋁鹽，先升溫至7(TllO°C，保溫I?5小時；再升溫至15(T220°C，保溫I?5小時；然后用攪拌機以30(T700r/min的轉速攪拌0.5^4小時，得到超微孔炭磚用浙青結合劑。
2.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述銅鹽、鑰鹽和鋪中:銅鹽為醋酸銅或為堿式碳酸銅；鑰鹽為二氯化鑰；鋪鹽為硫酸鋪或為草酸鋪。
3.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述表面活性劑為蔗糖酯、山梨醇酯和脂肪酸甲酯中的一種。
4.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述超細單質娃粉的粒徑小于5 μ m。
5.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述超細碳粉的粒徑小于5 μ m。
6.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述有機酸為草酸、蘋果酸、檸檬酸和山梨酸中的一種。
7.根據權利要求1所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法，其特征在于所述鋁鹽為朽1檬酸招、或為醋酸招。
8.一種超微孔炭磚用浙青結合劑，其特征在于所述超微孔炭磚用浙青結合劑是根據權利要求Γ7項中任一項所述超微孔炭磚用浙青結合劑的制備方法所制備超的微孔炭磚用浙青結合劑。
【文檔編號】C04B35/66GK104326756SQ201410555960
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】陳前琬, 王周福, 陳文 , 劉浩, 王璽堂, 馬妍 申請人:中冶南方邯鄲武彭爐襯新材料有限公司, 武漢科技大學