本發(fā)明涉及一種冶金爐窯用耐火材料及制備方法，具體屬于一種用于焦化行業(yè)的焦爐蓄熱室耐火材料以及其它蓄熱室格子磚用耐火材料及制備方法。

背景技術(shù)：

焦爐的使用周期都較長，有的甚至達到上十年。在現(xiàn)有的焦爐中，焦爐蓄熱室工作層一般使用的是粘土磚、半硅磚、硅磚，其屬于成熟的耐火材料產(chǎn)品。因此，人們往往會忽視對焦爐所用耐火材料的性能與應(yīng)用研究。近年來，由于強化冶煉等因素，有些焦爐的結(jié)焦時間縮短到了20多小時。其結(jié)焦時間短，意味著冷熱循環(huán)次增加，由此導(dǎo)致對爐襯的破壞也隨之加劇。如武鋼的7.63米的焦爐，在對其進行的檢修中（生產(chǎn)中）發(fā)現(xiàn)耐火材料出現(xiàn)問題，即格子磚存在變形、格孔被堵塞、粘連、軟化的現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄熱室換熱不足，推焦過程出現(xiàn)冒黑煙、焦炭偏生等現(xiàn)象。經(jīng)分析原因，與耐火材料選用的原料、使用環(huán)境的變化有較密切關(guān)系。如粘土磚、半硅磚，當采用河南的粘土原料制備時，由于其含鉀鈉高，還有山西的粘土礦中含有較高的氧化鈦，在這黏土中的雜質(zhì)也較高，細粉量偏多，對所制備的粘土磚、半硅磚的高溫性能有影響。

如何選用適合的原料制備適應(yīng)焦爐生產(chǎn)的耐火產(chǎn)品，是本技術(shù)領(lǐng)域的人們所關(guān)注，經(jīng)檢索，在高爐所用的耐火材料人們關(guān)注的較多，并不斷進行發(fā)明創(chuàng)新。如經(jīng)檢索的：

文獻號為cn201310651732.2的中國專利，其公開了一種《高爐用抗?jié)B透低鋁莫來石磚及其制備方法》，起原料組成：粒度為5-3mm的合成莫來石10-15份，粒度為3-1mm的合成莫來石25-30份，粒度為≤1mm的合成莫來石20-30份，粒度為0.074mm的紅柱石15-30份，粘土0.074mm5-10份，促燒劑3-5份，結(jié)合劑3-4份。該文獻雖具有低氣孔率、低雜質(zhì)、高強度、高溫性能好，強度高，抗侵蝕能力強，在高爐上能夠長期在高溫負荷下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能提高高爐的使用壽命。但由于該文獻使用的是合成莫來石原料，且使用了過多的紅柱石，而紅柱石的氧化鋁含量高，如用于焦爐，則會由于焦爐為還原氣氛、且為高s煙氣環(huán)境而不適合，況且成本還高。

文獻號為cn201310655250.4的中國專利，公開了一種《高爐用抗侵蝕莫來石磚及其制備方法》，其莫來石磚由以下重量份數(shù)的原料制成：粒度為3-1mm的電熔剛玉15-30份，粒度為3-1mm的合成莫來石12-28份，粒度＜1mm的電熔剛玉20-28份，粒度為0.074mm的電熔剛玉10-20份，粒度為0.21-0.12mm的白石英3-6份，粒度為≤5μm的α-氧化鋁8-10份，粒度為0.074mm的粘土4-6份，結(jié)合劑3-5份。該文獻的產(chǎn)品雖具有低氣孔率、低雜質(zhì)、高強度、高溫性能好的特點，及良好的抗侵蝕、抗?jié)B透能力強等特點，但由于其使用了大量的剛玉、莫來石原料，如用于焦爐，不僅成本高，更主要的是其抗熱破壞性能較差，故不適用于焦爐的工作環(huán)境。

文獻號為cn201210266706.3的中國專利，公開了一種《高強高熱震低鋁莫來石磚》，其莫來石磚的組分組成：燒結(jié)莫來石15～50%，電熔莫來石5～15%，特級焦寶石10～40%，硅線石10～30%，紅柱石10～30%，活性氧化鋁2～10%，鋯英石2～15%，硅石2～12%和結(jié)合粘土3～10%。該文獻產(chǎn)品，雖具有較高的荷重軟化溫度（≥1550℃）、受熱體積穩(wěn)定性，較高的熱震穩(wěn)定性（水冷1100℃≥50），較低的蠕變率（20~50h≤0.15），及優(yōu)良的耐壓強度（≥70mpa），且高溫下良好的體積穩(wěn)定性和低雜質(zhì)等優(yōu)點，但其仍然使用的是合成莫來石原料，且添加有電熔和燒結(jié)兩種，其不僅成本高，更主要的是其使用了硅線石、紅柱石，這兩種原料的氧化鋁均高；還由于使用了氧化鋯，會導(dǎo)致在焦爐的還原氣氛、反復(fù)推焦且蓄熱室換熱頻繁的切換過程中容易造成損壞。

文獻號為cn201210542032.5的中國專利，公開了《一種莫來石輕質(zhì)隔熱磚及其制備方法》，其先以30~40wt%焦寶石熟料、20~30wt%粘土熟料、20~32wt%藍晶石微粉、2~8wt%的ρ-氧化鋁微粉、1~6wt%輕燒氧化鈣和0.5~2wt%二氧化硅微粉為原料，外加原料10~20wt%水和0.5~2wt%減水劑，混合調(diào)制成料漿。再外加原料0.1~0.5wt%泡沫劑制成的泡沫，攪拌，然后外加原料0.5~2wt%凝膠劑、0.1~1wt%熱固性水溶性高分子化合物和0.5~2.5wt%促凝劑，攪拌，澆注成型。最后在30~50℃干燥4~9h，脫模，在60~120℃烘烤10~20h，在1350~1500℃保溫3~12h，制得莫來石輕質(zhì)隔熱磚。該技術(shù)雖脫模快、干燥周期短和環(huán)境友好等特點，但由于添加有較多的藍晶石微粉，會導(dǎo)致所述的產(chǎn)品膨脹收縮大，不能用于做焦爐的蓄熱室格子磚。

文獻號為cn201310171229.7的中國專利，公開了《一種新型莫來石磚及其制備方法》，其原料組成：骨料45～60份，其中粒度0～1mm的燒結(jié)莫來石10～15份，粒度1～3mm的燒結(jié)莫來石15～20份，粒度3～5mm的燒結(jié)莫來石20～25份，燒結(jié)莫來石的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：莫來石相80～90%，fe2o3＜0.8%，k2o+na2o＜0.3%；粉料37～45份，粒度＜0.074mm的燒結(jié)莫來石30～35份，粒度＜0.074mm的碳化硅7～10份，碳化硅的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：sic＞97%；抗氧化劑3～5份，抗氧化劑為金屬鋁粉與金屬硅粉按1～2∶1的重量比混合均勻，其平均粒度＜0.05mm；新型結(jié)合劑4～5份。該所述產(chǎn)品如用于焦爐氣氛中，由于其加入了加碳化硅，難以保證焦爐要求粉塵少吸附，急冷急熱的條件下膨脹收縮變形小，蓄熱室有時串風回火而致溫度高的條件。

從上述的文獻檢索結(jié)果發(fā)現(xiàn)，目前類似7.63米焦爐使用的粘土磚、半硅磚由于高純原料來源有限，大比例的骨料壓磚造成磚的外形控制困難，莫來石磚成本高，合成莫來石需要多一個工藝環(huán)節(jié)，因此本發(fā)明采用高質(zhì)量的煤系高低鐵、低堿金屬含量的低鋁莫來石磚，這種配方與組成的產(chǎn)品價格低，性能較好，可以滿足焦爐蓄熱室粘土磚的使用需要，由于其優(yōu)良的理化性能，使得其在蓄熱室爐墻局部開裂產(chǎn)生少量串火的情況下，也能夠滿足焦化生產(chǎn)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述文獻中存在的不足，提供一種既能減少焦爐蓄熱室內(nèi)粉塵的吸附、滲透、反應(yīng)，避免使用中的變形、發(fā)泡，并能使所制備的磚抗熱破壞性能在1000℃水冷下，循環(huán)使用次數(shù)不低于20次，荷重軟化溫度不低于1400℃，且能滿足7米63焦爐要求的低鐵低鋁莫來石磚及制備方法。

實現(xiàn)上述目的的措施：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：40-60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%；結(jié)合劑-甲基纖維素：0.1-3%；并按照上述原料總量的1-3.5%加入水；并控制總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量≤0.8%，金屬鐵及氧化鐵的總量≤1.2%；所述莫來石磚的性能：抗熱破壞性能在1000℃水冷循環(huán)次數(shù)不少于20次，其荷重軟化溫度不低于1400℃。

優(yōu)選地：添加有粒度＜0.088mm的葉臘石粉不超過15wt%。

其在于：所述甲基纖維素為羥甲基纖維素或羥乙基纖維素或糊精粉。

優(yōu)選地：在所述粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占其重量百分比的:3~8%。

制備一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚的方法，其步驟：

1）先將顆粒料，即：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：40-60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%，結(jié)合劑-甲基纖維素：0.1-3%進行攪拌混合，包括加入粒度＜0.088mm的葉臘石粉不超過15wt%；控制混合時間在5~20min；

2）按照上述原料總量的1-3.5%加入水并攪拌混合均勻；

3）在壓磚機上加壓成型、磚坯烘干，然后在隧道窯或其它高溫窯爐中燒成。

本發(fā)明中各原料及主要工藝的機理及作用

粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在40-60%，，是由于如低于40%，磚的主骨料太少，使用中容易變形，軟化垮塌；如高于60%，則由于顆粒太多，導(dǎo)致成型困難，尤其是在格孔的邊角、圓弧處形狀難成型。

粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在8~15%，是由于如低于8%，磚的細骨料不夠，難以達到致密度；如高于15%，則由于中顆粒多也不利于致密度結(jié)構(gòu)的形成。

粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在15~35%，并要求粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占其重量百分比的:3~8%，是由于如低于15%，磚的細粉太少，不利于基質(zhì)燒結(jié)；如高于35%，細粉太多，格子磚容易變形收縮；其中粒度＜0.01mm的超細粉如少于3%，起不到燒結(jié)作用，如高于8%，成本較高。

粒度≤0.088mm粘土粉：在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在5~15%，是由于如低于5%，磚的塑性差，成型性能不好；如高于15%，格子磚生坯容易收縮變形。

結(jié)合劑-甲基纖維素：在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在0.1-3%，是由于如低于0.1%，磚的結(jié)合強度低；如高于3%，會使格子磚氣孔多。

粒度＜0.088mm的葉臘石粉，在本發(fā)明中，之所以限定其添加量在不超過15wt%，是由于葉臘石資源有限，尤其是高品質(zhì)的葉臘石礦藏很少，同時會對成本有影響；再如高于15%，會導(dǎo)致雜質(zhì)高而難于控制，故不宜采用過多的葉臘石。

本發(fā)明之所以要求所加入原料的混合時間在5-20分鐘，是由于低于5分鐘，混料不均勻，過度混料，即超過20分鐘，又容易造成顆粒二次破碎，使粒度控制不好。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其既能減少焦爐蓄熱室內(nèi)粉塵的吸附、滲透、反應(yīng)，避免使用中的變形、發(fā)泡，并能使所制備的磚抗熱破壞性能在1000℃水冷下，循環(huán)使用次數(shù)不低于20次，荷重軟化溫度不低于1400℃，且能滿足7.63米焦爐要求。研制的產(chǎn)品在7.63米焦爐更換了多空蓄熱室使用，至今未出現(xiàn)過冒黑煙，爐溫異常的現(xiàn)象，蓄熱室格子磚的使用壽命至少比以前采用的普通粘土磚、半硅磚提高壽命1年以上。

具體實施方式

下面對本發(fā)明予以詳細描述：

實施例1：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：40%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：15%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：35%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉：9.5%；結(jié)合劑-甲羥甲基纖維素0.5%；并按照上述原料總量的2%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.7%，金屬鐵及氧化鐵的總量位1.0%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：40%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：15%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：35%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉：9.5%；結(jié)合劑-甲羥甲基纖維素0.5%進行攪拌混合，混合時間在20min；

2）按照上述原料總量的2%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為30次，荷重軟化溫度在1430℃。

實施例2：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：8%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：21.9%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉5%；結(jié)合劑-甲羥甲基纖維素0.1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉5%；并按照上述原料總量的3%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.59%，金屬鐵及氧化鐵的總量位0.8%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：8%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：21.9%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉5%；結(jié)合劑-甲羥甲基纖維素0.1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉5%進行攪拌混合，混合時間在18min；

2）按照上述原料總量的3%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為25次，荷重軟化溫度在1460℃。

實施例3：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：48%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：12%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：15%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占3%；粒度≤0.088mm粘土粉7%；結(jié)合劑-糊精粉3%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉15%；并按照上述原料總量的1%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.5%，金屬鐵及氧化鐵的總量位0.88%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：48%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：12%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：15%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占3%；粒度≤0.088mm粘土粉7%；結(jié)合劑-糊精粉3%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉15%進行攪拌混合，混合時間在19min；

2）按照上述原料總量的1%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為28次，荷重軟化溫度在1435℃。

實施例4：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：55%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：10%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：20%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉6%；結(jié)合劑-羥乙基纖維素1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉8%；并按照上述原料總量的3.5%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.52%，金屬鐵及氧化鐵的總量位0.8%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：55%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：10%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：20%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉6%；結(jié)合劑-羥乙基纖維素1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉8%進行攪拌混合，混合時間在12min；

2）按照上述原料總量的3.5%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為37次，荷重軟化溫度在1450℃。

實施例5：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：52%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：9%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：25%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉7.5%；結(jié)合劑-羥甲基纖維素1.5%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉5%；并按照上述原料總量的2.5%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.7%，金屬鐵及氧化鐵的總量位1.1%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：52%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：9%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：25%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉7.5%；結(jié)合劑-羥甲基纖維素1.5%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉5%進行攪拌混合，混合時間在9min；

2）按照上述原料總量的2.5%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為28次，荷重軟化溫度在1455℃。

實施例6：

一種焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其包括的原料組成及重量百分比含量為：粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：45%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：13%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：26%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占7%；粒度≤0.088mm粘土粉11%；結(jié)合劑-糊精粉1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉4%；并按照上述原料總量的2.2%外加入水；總原料中：氧化鉀及氧化鈉總量為0.6%，金屬鐵及氧化鐵的總量位0.75%；

制備步驟：

1）先將粒度大于1至≤5mm的煅燒高嶺土熟料：45%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅燒高嶺土熟料：13%，粒度≤0.088mm的煅燒高嶺土熟料細粉：26%，其中，粒度＜0.01mm的煅燒高嶺土熟料細粉占7%；粒度≤0.088mm粘土粉11%；結(jié)合劑-糊精粉1%，粒度＜0.088mm的葉臘石粉4%進行攪拌混合，混合時間在14min；

2）按照上述原料總量的2.2%外加入水并攪拌混合均勻；

3）常規(guī)在成型機上加壓成型、烘干及燒制。

經(jīng)檢測，所制備的焦爐用低鐵低鋁莫來石磚，其抗熱破壞性能在1000℃水冷條件下，循環(huán)次數(shù)為30次，荷重軟化溫度在1455℃。

上述實施例已經(jīng)17個月的使用，仍完好，仍在繼續(xù)使用。

上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。