利用針狀焦制備低碳耐火磚的方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，依次通過如下步驟：準(zhǔn)備骨料、制備預(yù)混合粉、混煉、成型和干燥的步驟進(jìn)行生產(chǎn)低碳耐火磚，通過在混煉過程中加入針狀焦來優(yōu)化制品的基質(zhì)組成，及其在使用環(huán)境下能原位形成炭纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且其本身有機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化性能好、消耗低等優(yōu)點(diǎn)，又兼具石墨的純度高、電阻率小、熱膨脹系數(shù)小、耐沖擊性能強(qiáng)的特性，由于這些獨(dú)特的性能，即使制品在大幅度降低石墨用量，甚至不用的情況下，使其平均氣孔直徑減小、高溫強(qiáng)度增大，熱導(dǎo)率降低的同時(shí)，也能達(dá)到與傳統(tǒng)高碳鎂碳磚相同的熱震穩(wěn)定性和抗渣性、抗?jié)B透性。
【專利說明】利用針狀焦制備低碳耐火磚的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低碳磚耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著鋼鐵行業(yè)都在大力發(fā)展?fàn)t外精煉工藝，低碳鋼和超低碳鋼的產(chǎn)量越來越高。冶煉技術(shù)的進(jìn)步對(duì)耐火材料的新要求，低碳鎂碳耐火材料成為鎂碳耐火材料新的發(fā)展熱點(diǎn)。生產(chǎn)潔凈鋼工藝要求嚴(yán)格控制耐火材料中碳的含量，減少含碳內(nèi)襯向鋼中增碳，要求含碳內(nèi)襯總含碳量要求不超過8份，可明顯降低材料的熱導(dǎo)率，減少熱損失，滿足二次精煉工藝鋼水的溫度不能下降太多要求，因此，開發(fā)低碳量、性能優(yōu)異的低碳磚的受到國內(nèi)外業(yè)界的重視，也是非常必要的。
[0003]在現(xiàn)階段生產(chǎn)低碳磚時(shí)，我們都知道直接降低碳含量以后，會(huì)引起磚的抗熱震穩(wěn)定性變差、抗熔渣及鋼水的滲透性變差的大難題，也成為要攻克的要點(diǎn)。當(dāng)前解決這些問題的方法主要有以下幾方面:(I)通過納米技術(shù)改善結(jié)合碳的碳結(jié)構(gòu)提高鎂碳磚的熱震穩(wěn)定性。如專利公開的含納米的酚醛樹脂、德國瑞嘉化工集團(tuán)公司生產(chǎn)的CARBORES?P (含碳樹脂粉)。(2)改善低碳磚的基質(zhì)結(jié)構(gòu)。低碳磚的熱震穩(wěn)定性及抗渣滲透性主要取決于基質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)，在碳含量大幅度降低的情況下，提高骨料顆粒與炭粒子的接觸頻率，即用加入納米石墨的方法，來降低碳粒子的尺度并保證其高度分散，是改善低碳磚熱震穩(wěn)定性及抗渣滲透性的重要手段。(3)采用高效各種添加劑，如專利公開的添加非氧化物(括氮化物、塞隆或硼化物)等。這些方法雖然解決了一些問題，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中還存在一定困難，制造成本高、大批量工業(yè)生產(chǎn)化程度低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用針狀焦的特性，在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的情況下，研制出一種低碳磚的制備方法，該制品具有低高溫強(qiáng)度好、熱膨脹率較低、抗渣滲透性能好、耐剝落性能好，體積密度高，韌性大、抗侵蝕性、抗熱震性能優(yōu)良，不易脫落，實(shí)現(xiàn)了利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備進(jìn)行常規(guī)化工業(yè)生產(chǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，按重量份進(jìn)行如下制備:
1)準(zhǔn)備骨料:粒度為3-5mm電熔鎂砂10-25份，粒度為l_3mm電熔鎂砂20-30份，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂15-30份；
2)制備預(yù)混合粉:制備混合粉，將粒度為588 μ m的電熔鎂砂細(xì)粉，重量份為10-20份，瀝青粉0.5-1份，抗氧化添加劑，重量份為1-5份，按比例預(yù)混合備用；
3)混煉:將步驟I)和步驟2)中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨0.1-5份，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加2.8-3份的外加結(jié)合劑低速混煉10-15分鐘，制成泥料，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為1-20 μ m的針狀焦1-5份，高速混煉25-30分鐘，使針狀焦均勻分布在泥料中；
4)成型:將步驟3)中混煉后泥料取出，將其打擊成型形成磚坯，成型后磚坯密度為
2.9-3.3g/cm3 ；
5)干燥:將步驟4)中的成型磚坯經(jīng)過180-220°C的溫度干燥24h后即可制成低碳耐火磚。通過利用針狀焦介于瀝青碳化后和石墨中間相結(jié)構(gòu)的特性，能夠優(yōu)化基質(zhì)的組成和在使用環(huán)境下能原位形成炭纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，又兼具石墨的優(yōu)越性能。由于這些獨(dú)特的性能，即使制品在大幅度降低石墨用量，甚至不用的情況下，使其平均氣孔直徑減小、高溫強(qiáng)度增大，降低熱導(dǎo)率的同時(shí)，也能達(dá)到與傳統(tǒng)高碳鎂碳磚相同的熱震穩(wěn)定性和抗渣性、抗?jié)B透性。
[0006]優(yōu)選地，如步驟2)中所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉、鋁鎂合金粉或金屬鋁粉中的一種或兩種混合物。
[0007]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的外加結(jié)合劑為酚醛樹脂和瀝青粉。
[0008]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的石墨中碳含量大于等于95份，針狀焦中碳含量大于等于98.5份。
[0009]優(yōu)選地，如步驟I)中所述的電熔鎂砂可以替換為為礬土或棕剛玉，如步驟2)中所述的電熔鎂砂可以替換為為白剛玉。
[0010]本發(fā)明帶來的有益效果為:1、利用針狀焦的介于瀝青碳化后和石墨的中間相特殊結(jié)構(gòu)特性，它既有部分瀝青的結(jié)合劑性質(zhì)，在高溫使用時(shí)易石墨化形成碳纖維的網(wǎng)狀和結(jié)合劑樹脂碳化后交接成鑲嵌結(jié)構(gòu)，又具有石墨的純度高、電阻率小、熱膨脹系數(shù)小、耐沖擊性能強(qiáng)的特性，而且其本身也具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化性能好、消耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，添加針狀焦的耐火磚具有良好的抗渣滲透性能，和優(yōu)良的熱震性能、抗氧化性能。
[0011]2、針狀焦對(duì)爐渣具有不濕潤性，高導(dǎo)熱性，低熱膨脹性，碳含量高C多98.5份，耐火度尚，保證了制品的尚溫性能；
3、針狀焦為針狀結(jié)晶，呈纖維流線狀結(jié)構(gòu)，破碎時(shí)多為長條形針狀碎片，在顯微鏡下可觀察到纖維狀結(jié)構(gòu)。是介于類似瀝青碳化和石墨之間的中間相的物質(zhì)，在1500°C以上高溫時(shí)容易石墨化，形成有類是碳纖維結(jié)構(gòu)，克服了鱗片石墨層狀結(jié)構(gòu)的不易分散、難成型的缺點(diǎn)。這些特性決定了添加針狀焦在制品中的具有以下優(yōu)點(diǎn):1)可以以不同粒度形式加入、易均勻分散、易成型、優(yōu)化了基質(zhì)，保證制品組織致密均勻，提高了高溫強(qiáng)度及耐侵蝕性；2)在高溫使用條件下，能和結(jié)合劑樹脂碳化后一同形成鑲嵌結(jié)構(gòu)和原位形成石墨化碳纖維物質(zhì)，這種結(jié)合有較好的韌性，改善了耐火材料的熱震穩(wěn)定性和提高了熱態(tài)抗折強(qiáng)度，提高了熱態(tài)抗侵蝕性。
[0012]4、采用上述技術(shù)方案，使制品的含碳量，由通常的10-18份降低到了 3-6份，也就減少了由于含碳量高鋼水的增碳問題，提高了鋼水的質(zhì)量；用針狀焦粉替代鱗片石墨或部分替代鱗片石墨，明顯地降低了制品的熱膨脹率、提高了耐剝落性能，減少向鋼水中增碳；同時(shí)，也可大大增加制品的韌性、高溫強(qiáng)度以及抗熱震性能，保證了制品的耐用性。

【具體實(shí)施方式】
[0013]一種利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，按重量份進(jìn)行如下制備:
I)準(zhǔn)備骨料:粒度為3-5mm電熔鎂砂10-25份，粒度為l_3mm電熔鎂砂20-30份，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂15-30份；
2)制備預(yù)混合粉:制備混合粉，將粒度為588 μ m的電熔鎂砂細(xì)粉，重量份為10-20份，瀝青粉0.5-1份，抗氧化添加劑，重量份為1-5份，按比例預(yù)混合備用；
3)混煉:將步驟I)和步驟2)中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨0.1-5份，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加2.8-3份的外加結(jié)合劑低速混煉10-15分鐘，制成泥料，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為1-20 μ m的針狀焦1-5份，高速混煉25-30分鐘，使針狀焦均勻分布在泥料中；
4)成型:將步驟3)中混煉后泥料取出，將其打擊成型形成磚坯，成型后磚坯密度為2.9-3.3g/cm3 ；
5)干燥:將步驟4)中的成型磚坯經(jīng)過180-220°C的溫度干燥24h后即可制成低碳耐火磚。
[0014]優(yōu)選地，如步驟2)中所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉、鋁鎂合金粉或金屬鋁粉中的一種或兩種混合物。
[0015]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的外加結(jié)合劑為酚醛樹脂和瀝青粉。
[0016]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的石墨中碳含量大于等于95份，針狀焦中碳含量大于等于98.5份。
[0017]優(yōu)選地，如步驟I)中所述的電熔鎂砂可以替換為為礬土或棕剛玉，如步驟2)中所述的電熔鎂砂可以部分替換為為白剛玉。
[0018]實(shí)施例一:
利用針狀焦制備低碳鎂碳磚的方法:具體配比是粒度為3-5_電熔鎂砂15份，粒度為1-3mm電熔鎂砂24份，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂35份，粒度為5 74 μ m電熔鎂砂15份，粒度為1-20 μ m針狀焦3份，瀝青粉0.5份，粒度為100目的石墨2份，金屬硅粉1.5份，金屬鋁粉2.5份，外加液體酚醛樹脂結(jié)合劑3.0份，按配比稱量后，按如下生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
[0019]制備過程如下:
I)、制備骨料:粒度為3-5mm電熔鎂砂15份，粒度為l_3mm電熔鎂砂24份，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂35份；
2)制備預(yù)混合粉:制備混合粉，將粒度為574 μ m的電熔鎂砂細(xì)粉，重量份為15份，瀝青粉0.5份，Al粉、Si粉的混合粉，重量份為4份，按比例預(yù)混合備用；
3)混煉:將步驟I)和步驟2)中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨2份，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加3份的酚醛樹脂低速混煉10-15分鐘，制成泥料，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為I μ m-20 μ m的針狀焦3份，高速混煉25-30分鐘，使針狀焦均勻分布在泥料中；
4)、混煉結(jié)束后從高速混煉機(jī)中放出泥料，在1000T摩擦壓磚機(jī)中打擊成型形成磚坯，打擊過程中每個(gè)磚坯打擊6-8次之間，成型后磚坯；
5)、成型的磚坯經(jīng)過180-220°C溫度的隧道窯烘拷24小時(shí)，即可制成低碳耐火磚。
[0020]優(yōu)選地，如步驟2)中所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉、鋁鎂合金粉或金屬鋁粉中的一種或兩種混合物。
[0021]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的外加結(jié)合液為酚醛樹脂和瀝青粉。
[0022]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的石墨中碳含量大于等于95份，針狀焦中碳含量大于等于98.5份。
[0023]優(yōu)選地，如步驟I)中所述的電熔鎂砂可以替換為為礬土或棕剛玉，如步驟2)中所述的電熔鎂砂可以部分替換為為白剛玉，即可成為制造鋁鎂碳磚的方法。
[0024]制備的低碳鎂碳磚成品的主要物理性能為:體積密度3.128/(^3、顯氣孔率2.8份、耐壓強(qiáng)度90Mpa、熱膨脹率0.5份(1450°C )。
[0025]實(shí)施例二:
利用針狀焦制備低碳鋁鎂碳磚的方法:具體配比是粒度為3-5_棕剛玉18份，粒度為l-3mm棕剛玉24份，粒度為0.1-1mm棕剛玉27份，粒度為0.1 μ m-74 μ m白剛玉12份，粒度為I μ m-20 μ m針狀焦3份，彡74 μ m電熔鎂砂6份，瀝青粉I份，粒度為100目的石墨2份，碳化硅粉2份，金屬鋁粉2份，外加液體酚醛樹脂結(jié)合劑3.2份，按配比稱量后，按重量比進(jìn)行如下生產(chǎn)工藝。
[0026]制備過程如下:
1)、制備骨料:粒度為3-5mm棕剛玉18份，粒度為l_3mm棕剛玉24份，粒度為0.1-1mm棕剛玉27份；
2)制備預(yù)混合粉:制備混合粉，將粒度為0.1 μ m-74 μ m白剛玉，重量份為12份，< 74 μ m電熔鎂砂6份，瀝青粉I份，碳化硅粉和金屬鋁粉混合粉，重量份為4份，按比例預(yù)混合備用；
3)混煉:將步驟I)和步驟2)中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨2份，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加3.2份的酚醛樹脂低速混煉10-15分鐘，制成泥料，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為I μ m-20 μ m的針狀焦3份，高速混煉25-30分鐘，使針狀焦均勻分布在泥料中；
4)、混煉結(jié)束后從高速混煉機(jī)中放出泥料，在1000T摩擦壓磚機(jī)中打擊成型形成磚坯，打擊過程中每個(gè)磚坯打擊6-8次之間，成型后磚坯；
5)、成型的磚坯經(jīng)過180-220°C溫度的隧道窯烘拷24小時(shí)，即可制成低碳耐火磚。
[0027]制備的低碳耐火磚成品的主要物理性能為:體積密度3.3g/cm3、顯氣孔率2.8份、耐壓強(qiáng)度102Mpa、熱膨脹率0.2份(1450°C )。
[0028]優(yōu)選地，如步驟2)中所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉、鋁鎂合金粉或金屬鋁粉中的一種或兩種混合物。
[0029]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的外加結(jié)合液為酚醛樹脂和瀝青粉。
[0030]優(yōu)選地，如步驟3)中所述的石墨中碳含量大于等于95份，針狀焦中碳含量大于等于98.5份。
[0031]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變型和改進(jìn)，也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，其特征在于，按重量份進(jìn)行如下制備: 1)準(zhǔn)備骨料:粒度為3-5mm電熔鎂砂10-25份，粒度為l_3mm電熔鎂砂20-30份，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂15-30份； 2)制備預(yù)混合粉:制備混合粉，將粒度為588 μ m的電熔鎂砂細(xì)粉，重量份為10-20份，瀝青粉0.5-1份，抗氧化添加劑，重量份為1-5份，按比例預(yù)混合備用； 3)混煉:將步驟I)和步驟2)中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨0.1-5份，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加2.8-3份的外加結(jié)合劑低速混煉10-15分鐘，制成泥料，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為1-20 μ m的針狀焦1-5份，高速混煉25-30分鐘，使針狀焦均勻分布在泥料中； 4)成型:將步驟3)中混煉后泥料取出，將其打擊成型形成磚坯，成型后磚坯密度為2.9-3.3g/cm3 ； 5)干燥:將步驟4)中的成型磚坯經(jīng)過180-220°C的溫度干燥24h后即可制成低碳耐火磚。
2.如權(quán)利要求1所述的利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，其特征在于:如步驟2)中所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉、鋁鎂合金粉或金屬鋁粉中的一種或兩種混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，其特征在于:如步驟3)中所述的外加結(jié)合劑為酚醛樹脂和瀝青粉。
4.如權(quán)利要求1所述的利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，其特征在于:如步驟3)中所述的石墨中碳含量大于等于95份，針狀焦中碳含量大于等于98.5份。
5.如權(quán)利要求1所述的利用針狀焦制造低碳耐火磚的方法，其特征在于:如步驟I)中所述的電熔鎂砂可以替換為為礬土或棕剛玉，如步驟2)中所述的電熔鎂砂可以替換為為白剛玉。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK104446570SQ201410779945
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】王樹山, 金耀東, 王利, 付偉, 付宇, 付鋼 申請(qǐng)人:遼寧中鎂控股股份有限公司