一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法.pdf

本发明涉及一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法。其技术方案是：该耐火材料的原料含量是：土状石墨为37～72wt％、天然鳞片石墨为5～40wt％、单质硅粉为3～15wt％和氧化铝微粉为3～8wt％，外加上述混合料15～25wt％的中温沥青或8～15wt％的酚醛树脂；该耐火材料的制备工艺是：先将土状石墨干混辗1～3分钟，加入中温沥青热态混辗或加入酚醛树脂冷态混辗3～5分钟，再加入单质硅粉、氧化铝微粉和天然鳞片石墨，热态混辗或冷态混辗15～30分钟，然后热态模压或冷态模压或振动成型，最后在埋炭气氛下于1100～1400℃条件下烧成。本发明具有工艺简单、生产成本低的特点，其制品微孔化率高、导热系数较高及抗铁水熔损性好。

1、  一种炉衬用炭质耐火材料的制备方法，其特征在于炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为37～72wt％、天然鳞片石墨为5～40wt％、单质硅粉为3～15wt％和氧化铝微粉为3～8wt％，外加上述混合料15～25wt％的中温沥青或8～15wt％的酚醛树脂；
炉衬用炭质耐火材料的制备工艺是：先将土状石墨干混辗1～3分钟，加入中温沥青进行热态混辗或加入酚醛树脂进行冷态混辗，混辗时间为3～5分钟，再加入单质硅粉、氧化铝微粉和天然鳞片石墨，热态混辗或冷态混辗15～30分钟，然后进行热态模压或冷态模压或振动成型，最后在埋炭气氛下于1100～1400℃条件下烧成。

2、  根据权利要求1所述的炉衬用炭质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的土状石墨的颗粒级配是：粒度为5～3mm的占10～20wt％，粒度为3～1mm的占15～32wt％，粒度为1～0mm的占12～20wt％；天然鳞片石墨的粒度<0.074mm；单质硅粉的粒度<0.045mm，氧化铝微粉的粒度<0.005mm。

3、  根据权利要求1所述的炉衬用炭质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的热态混辗的温度为110～150℃。

4、  根据权利要求1所述的炉衬用炭质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的热态模压的温度为模具温度～110℃。

5、  根据权利要求1～4项中任一项炉衬用炭质耐火材料的制备方法所制备的炉衬用炭质耐火材料。

一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于炭质耐火材料技术领域，具体涉及一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法。
背景技术
近年来高炉炉缸、炉底的工作条件变得极其恶劣，侵蚀、破损的速度十分迅速，炉缸和炉底储存着炽热的铁水，修补异常困难，因而如何提高高炉炉缸、炉底的炉衬寿命成为冶金工作者共同的课题。高炉炉缸、炉底用炭质耐火材料损毁主要有以下几方面：铁水的渗透、溶蚀和冲刷，碱金属侵蚀，热应力破坏，氧化熔蚀，CO分解产生C沉积等。
炭质耐火材料的制造方法一般是以电锻无烟煤作骨料，加入天然鳞片石墨或人造石墨，以煤焦油沥青(酚醛树脂)作为结合剂经配料、混辗、冷态模压或振动成型后埋炭焙烧而成。对于炼铁高炉用炭质耐火材料，在其生产过程中还经常加入金属硅粉和刚玉粉来提高其微孔特性和抗侵蚀性能。但是电锻煤是由无烟煤经1700℃以上高温煅烧而成，能耗高且其导热系数较低一般为2～5W/(m·K)，微孔化率不高(10～20μm，<1μm孔容积百分率占30～45％，而且众所周知，颗粒料的性能直接影响炭砖的性能，因此目前采用普通电锻煤作为主原料来制备的炭砖的导热系数和微孔化率普遍偏低。
发明内容
本发明旨在克服现有炭质耐火材料的技术缺陷，目的是提供一种生产成本较低、工艺简单的炉衬用炭质耐火材料的制备方法，用该方法制备的炉衬用炭质耐火材料微孔化率高、导热系数高和抗铁水熔损性优良。
为完成上述任务，本发明采用的技术方案是：炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为37～72wt％、天然鳞片石墨为5～40wt％、单质硅粉为3～15wt％和氧化铝微粉为3～8wt％，外加上述混合料15～25wt％的中温沥青或8～15wt％的酚醛树脂。
炉衬用炭质耐火材料的制备工艺是：先将土状石墨干混辗1～3分钟，加入中温沥青进行热态混辗或加入酚醛树脂进行冷态混辗，混辗时间为3～5分钟，再加入单质硅粉、氧化铝微粉和天然鳞片石墨，热态混辗或冷态混辗15～30分钟，然后进行热态模压或冷态模压或振动成型，最后在埋炭气氛下于1100～1400℃条件下烧成。
其中：土状石墨的颗粒级配是：粒度为5～3mm的占10～20wt％，粒度为3～1mm的占15～32wt％，粒度为1～0mm的占12～20wt％；天然鳞片石墨的粒度<0.074mm；单质硅粉的粒度<0.045mm，氧化铝微粉的粒度<0.005mm；热态混辗的温度为110～150℃；热态模压的温度为模具温度～110℃。
由于采用上述技术方案，本发明所采用的主要原料为土状石墨价格便宜，由于土状石墨为天然矿物不用煅烧，省去了原料高温煅烧工序，有利于炭素厂节约能源，降低成本。又由于土状石墨具有超高的微孔特性、较高的导热性能和含有灰分，因而所制备的炭质耐火材料平均孔径小(小于0.1μm)而<1μm孔容积百分率大(大于85％)，导热系数高(大于20W/(m·K))可有效地降低所制备炭质耐火材料的铁水溶蚀指数(不大于10％)。
所以，本发明可大大降低炭质耐火材料的生产成本，并使产品具有高的微孔化率和导热性能，同时具有优异的抗铁水熔损性。本发明所制备的炭质耐火材料适合用作炼铁高炉炉缸及炉底内衬的炭砖耐火材料，也可以作为矿热炉、电石炉、炼铝及化工工业炉衬用炭质耐火材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对保护范围的限制。
实施例1
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为37～40wt％、天然鳞片石墨为37～40wt％、单质硅粉为12～15wt％和氧化铝微粉为7～8wt％，外加上述混合料8～10wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺是：先将土状石墨干混辗1～3分钟，加入酚醛树脂进行冷态混辗，混辗时间为3～5分钟，再加入单质硅粉、氧化铝微粉和天然鳞片石墨，冷态混辗15～30分钟，然后进行冷态模压成型，最后在埋炭气氛下于1350～1400℃条件下烧成。
其中：土状石墨的颗粒级配是：粒度为5～3mm的占10～20wt％，粒度为3～1mm的占15～32wt％，粒度为1～0mm的占12～20wt％；天然鳞片石墨的粒度<0.074mm；单质硅粉的粒度<0.045mm，氧化铝微粉的粒度<0.005mm。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.089～0.098/μm，<1μm孔容积为84.5～86％，导热系数(600℃)为37～40(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.6～10％。
实施例2
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为40～45wt％、天然鳞片石墨为33～37wt％、单质硅粉为12～15wt％和氧化铝微粉为7～8wt％，外加上述混合料13～15wt％的酚醛树脂。
制备工艺除最后在埋炭气氛下于1100～1150℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.083～0.095/μm，<1μm孔容积为85.5～86.8％，导热系数(600℃)为35.5～38(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.4～9.6％。
实施例3
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为60～63wt％、天然鳞片石墨为18～23wt％、单质硅粉为9～15wt％和氧化铝微粉为5～8wt％，外加上述混合料10～12wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1300～1350℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.076～0.089/μm，<1μm孔容积为82.1～88.7％，导热系数(600℃)为28.9～30.4(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.2～9.5％。
实施例4
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为65～70wt％、天然鳞片石墨为8～14wt％、单质硅粉为8～15wt％和氧化铝微粉为4～8wt％，外加上述混合料9～11wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1150～1200℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.082～0.086/μm，<1μm孔容积为80.0～85.6％，导热系数(600℃)为23.4～25.3(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.1～9.7％。
实施例5
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为70～72wt％、天然鳞片石墨为5～8wt％、单质硅粉为12～15wt％和氧化铝微粉为5～8wt％，外加上述混合料11～13wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1200～1250℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.078～0.087/μm，<1μm孔容积为80.0～82.3％，导热系数(600℃)为21.8～24.3(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.5～9.8％。
实施例6
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为50～55wt％、天然鳞片石墨为35～40wt％、单质硅粉为3～5wt％和氧化铝微粉为3～5wt％，外加上述混合料12～14wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺除振动成型，在埋炭气氛下于1300～1350℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.082～0.091μm，<1μm孔容积为82.1～84.2％，导热系数(600℃)为35.8～39.2(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.8～10.0％。
实施例7
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为60～65wt％、天然鳞片石墨为23～27wt％、单质硅粉为8～12wt％和氧化铝微粉为3～8wt％，外加上述混合料10～12wt％的酚醛树脂。
该耐火材料的制备工艺除振动成型，在埋炭气氛下于1100～1150℃条件下烧成外，其余同实施例1。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.087～0.091/μm，<1μm孔容积为82.3～84.4％，导热系数(600℃)为30.3～35.2(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.2～9.6％。
实施例8
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为45～50wt％、天然鳞片石墨为30～33wt％、单质硅粉为12～15wt％和氧化铝微粉为7～8wt％，外加上述混合料18～20wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺是：先将土状石墨干混辗1～3分钟，加入中温沥青进行热态混辗3～5分钟，再加入单质硅粉、氧化铝微粉和天然鳞片石墨，热态混辗15～30分钟，然后进行热态模压成型，最后在埋炭气氛下于1150～1200℃条件下烧成。
其中：土状石墨的颗粒级配是：粒度为5～3mm的占10～20wt％，粒度为3～1mm的占15～32wt％，粒度为1～0mm的占12～20wt％；天然鳞片石墨的粒度<0.074mm；单质硅粉的粒度<0.045mm，氧化铝微粉的粒度<0.005mm；热态混辗的温度为110～150℃；热态模压的温度为模具温度～110℃。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.081～0.093/μm，<1μm孔容积为86.2～88.4％，导热系数(600℃)为33.1～37.4(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.1～9.3％。
实施例9
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为50～55wt％、天然鳞片石墨为27～30wt％、单质硅粉为9～15wt％和氧化铝微粉为7～8wt％，外加上述混合料23～25wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除振动成型，在埋炭气氛下于1200～1250℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.077～0.082/μm，<1μm孔容积为85.4～87.6％，导热系数(600℃)为33.5～36.1(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.7～9.9％。
实施例10
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为55～60wt％、天然鳞片石墨为23～27wt％、单质硅粉为9～15wt％和氧化铝微粉为5～8wt％，外加上述混合料15～18wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除振动成型，在埋炭气氛下于1250～1300℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.074～0.080/μm，<1μm孔容积为86.2～90.4％，导热系数(600℃)为32.1～34.8(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.3～9.7％。
实施例11
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为63～65wt％、天然鳞片石墨为14～18wt％、单质硅粉为11～15wt％和氧化铝微粉为5～8wt％，外加上述混合料21～23wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1350～1400℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.088～0.094/μm，<1μm孔容积为80.2～86.3％，导热系数(600℃)为26.5～28.1(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.4～9.8％。
实施例12
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为65～70wt％、天然鳞片石墨为18～23wt％、单质硅粉为3～8wt％和氧化铝微粉为4～6wt％，外加上述混合料18～20wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1250～1300℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.090～0.096/μm，<1μm孔容积为80.0～83.2％，导热系数(600℃)为35.0～38.1(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.6～10.0％。
实施例13
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为40～45wt％、天然鳞片石墨为37～40wt％、单质硅粉为10～12wt％和氧化铝微粉为6～8wt％，外加上述混合料22～24wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1350～1400℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.088～0.092/μμm，<1um孔容积为83.1～84.8％，导热系数(600℃)为35.2～37.8(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.2～9.7％。
实施例14
一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法，该炉衬用炭质耐火材料的原料质量百分含量是：土状石墨为70～72wt％、天然鳞片石墨为10～15wt％、单质硅粉为5～10wt％和氧化铝微粉为4～8wt％，外加上述混合料20～22wt％的中温沥青。
该耐火材料的制备工艺除在埋炭气氛下于1150～1200℃条件下烧成外，其余同实施例8。
本实施例所制备的炉衬用炭质耐火材料经检测，平均孔径为0.078～0.083/μm，<1μm孔容积为83.6～87.2％，导热系数(600℃)为21.1～23.3(W/m·K)，抗铁水溶蚀指数为9.1～9.3％。
本具体实施方式所采用的主要原料为土状石墨价格便宜，由于土状石墨为天然矿物不用煅烧，省去了原料高温煅烧工序，有利于炭素厂节约能源，降低成本。又由于土状石墨具有超高的微孔特性、较高的导热性能和含有灰分，因而所制备的炭质耐火材料平均孔径小(小于0.1μm)而<1μm孔容积百分率大(大于85％)，导热系数高(大于20W/(m·K))可有效地降低所制备炭质耐火材料的铁水溶蚀指数(不大于10％)。
所以本具体实施方式可大大节减了炭质耐火材料的生产成本，并使产品具有高的微孔化率和导热性能，同时具有优异的抗铁水熔损性。所制备的炭质耐火材料适合用作炼铁高炉炉缸及炉底内衬的炭砖耐火材料，也可以作为矿热炉、电石炉、炼铝及化工工业炉衬用炭质耐火材料。