專(zhuān)利名稱(chēng)：一種SiC耐火原料粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備SiC耐火原料的新方法，這種SiC耐火原料的粉體主要用于制備窯具、高爐爐體和鐵水包內(nèi)襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內(nèi)襯等耐火制品的原材料，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)發(fā)展很快，粗鋼產(chǎn)量從1980年的約3700萬(wàn)噸猛增至1996年的約1億噸，2010年，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量將達(dá)到6. 27億噸。與此同時(shí)耐火材料發(fā)展十分迅速，2010年全國(guó)耐火材料產(chǎn)量2808. 06萬(wàn)噸。其中致密定形耐火制品1698. 92萬(wàn)噸； 不定形耐火制品1044. 74萬(wàn)噸。與此同時(shí)，近年來(lái)我國(guó)耐火材料產(chǎn)量迅速增加，質(zhì)量和高性能產(chǎn)品方面也發(fā)展很快。2010年，全國(guó)耐火材料產(chǎn)量觀(guān)08. 06萬(wàn)噸。其中致密定形耐火制品1698. 92萬(wàn)噸；不定形耐火制品1044. 74萬(wàn)噸。主要采用了以下兩項(xiàng)戰(zhàn)略措施(1)從國(guó)外引進(jìn)制造關(guān)鍵產(chǎn)品的先進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)(技術(shù)和設(shè)備)；( 組織科技攻關(guān)，有效地促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)以及高檔品種的發(fā)展結(jié)果是(1)用于現(xiàn)代化大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)、合金鋼企業(yè)和水泥回轉(zhuǎn)窯的重要耐火產(chǎn)品已基本國(guó)內(nèi)自給，此外，近幾年來(lái)每年還有50-80萬(wàn)噸的耐火制品出口 ；(2)高溫窯爐重要部位耐火材料的使用壽命有了顯著提高，例如，MgO-C磚在氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯的使用壽命從幾百爐提高到幾千爐，采用濺渣護(hù)爐技術(shù)時(shí)甚至可達(dá)到幾萬(wàn)爐。鋼鐵行業(yè)是耐火材料消耗的大戶(hù)，據(jù)報(bào)道，2004年全國(guó)鋼鐵企業(yè)耐火材料消耗量約為900多萬(wàn)噸，用后耐火材料為400萬(wàn)噸左右。大量的廢棄耐火材料典型的處理方式就是作為垃圾掩埋，少量被粗糙利用，沒(méi)有產(chǎn)生高的附加值，對(duì)其處理效果和再生資源利用率很低。這不僅導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，同時(shí)帶來(lái)環(huán)境的污染。其對(duì)環(huán)境的污染主要有以下幾種方式 游離的二氧化硅粉塵引起的矽肺病，氧化鋯原料的放射性，Cr6+的致癌性，耐火纖維和石棉的致癌性，浙青和樹(shù)脂揮發(fā)分的污染。由此可見(jiàn)，若對(duì)用后耐火材料進(jìn)行再生利用，不但可以實(shí)現(xiàn)固體廢棄物資源化應(yīng)用，節(jié)約國(guó)家的礦物資源和能源，大大降低耐火材料的成本和煉鋼成本，同時(shí)也能顯著減少環(huán)境污染。用后耐火材料作為廉價(jià)的再生資源已得到世界各國(guó)充分認(rèn)識(shí)，并在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。通過(guò)使用廉價(jià)的用后耐火材料資源，顯著地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，通過(guò)減少?gòu)U棄和提高資源的重復(fù)利用，不僅為綠色環(huán)保做出了貢獻(xiàn)，也產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益。隨著用后耐火材料再利用技術(shù)研究的不斷發(fā)展，用后耐火材料的科技含量、附加值和再利用率將迅速提高，并逐步向“零”排放目標(biāo)邁進(jìn)。中國(guó)的硅石、煤炭與勞動(dòng)力資源豐富，有利于大量生產(chǎn)硅磚，硅磚年產(chǎn)量現(xiàn)已超過(guò) 30萬(wàn)噸。硅磚大量應(yīng)用在高溫耐火行業(yè)，近幾年來(lái)很多焦?fàn)t、高爐和玻璃窯的建設(shè)，需要大量的硅磚。這導(dǎo)致了大量廢棄物硅磚和用后硅磚的產(chǎn)生，產(chǎn)生了數(shù)量龐大的固體廢棄物。同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了極大的危害。如何處理數(shù)量龐大的用后硅磚，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)廢棄物再利用，節(jié)能減排的目標(biāo)，是我國(guó)政府高度重視的問(wèn)題。本研究發(fā)明著力于解決用后硅磚的再利用，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，消除環(huán)境污染，降低冶金等行業(yè)生產(chǎn)費(fèi)用。采用碳熱還原工藝使用后硅磚轉(zhuǎn)化為SiC，作為生產(chǎn)耐火材料的原料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低、能耗較低、物相純度較高的SiC耐火原料粉體的制備方法。本發(fā)明涉及一種SiC耐火原料粉體制備的新方法，其特征在于本發(fā)明以用后硅磚和焦炭粉(或其它炭素材料如使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無(wú)煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑)為主要原料，然后經(jīng)成型(可以為干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料成型為球形顆?；蛑苯訉⑴浜狭涎b在匣缽中等耐火制品中)、干燥、裝窯、 碳熱還原燒成、冷卻、破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程制備出SiC耐火原料粉體。本發(fā)明所制備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量硅鐵，各物相 β -SiC+C+Si02+Si3Fe5所占總比例大99%，其中β -SiC所占總物相比例大于95 %。這種 SiC耐火原料粉體主要用于窯具、高爐爐體和鐵水包內(nèi)襯、有色金屬冶煉坩堝，耐磨內(nèi)襯等耐火制品。所述用后硅磚加入量為0. 1 99. 0%，所述焦炭粉(或者其它碳還原劑)加入量的質(zhì)量百分比為0. 1 99.0%。所述用后硅磚來(lái)自高爐冶金行業(yè)；硅磚中要求SiA含量百分比大于90%。所述焦炭粉為通常市售工業(yè)原料，也可以用其它炭素材料如使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無(wú)煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含量百分比大于90%，一般粒徑小于1. 50mm。所述碳熱還原反應(yīng)所用的埋碳材料焦炭顆粒為市售工業(yè)原料，其純度一般不小于 90%。將用后硅磚粉和焦炭粉(或其它炭素材料如使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無(wú)煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑)按一定配比混合后加入球磨機(jī)中球磨0. 1 24h 至用后硅磚粉與碳還原劑二者均勻混合，球磨的方式可以選用干法球磨或濕法球磨。其中球磨介質(zhì)可以選用陶瓷球或瑪瑙球等，濕法球磨選用的球磨液可以是水或無(wú)水乙醇等。然后將混合均勻的原料經(jīng)過(guò)成型、干燥等工藝過(guò)程制成坯體，其中成型工藝可以是干壓成型、 半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料采用盤(pán)式成球機(jī)成型為球形顆粒或直接將配合料裝在匣缽等耐火制品中。將干燥好的坯體(或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽等耐火制品中的配合料)置于熱工窯爐中加熱經(jīng)碳熱還原燒成，熱工窯爐可以是馬弗式燃?xì)飧G或燃煤窯。坯體 (或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火托板等耐火制品中的配合料)經(jīng)過(guò)常溫至 1550°C或者1600°C的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原燒成過(guò)程中需要通過(guò)埋碳提供還原氣氛，升溫速度沒(méi)有特定要求，并在最終燒成溫度下保溫30分鐘-90小時(shí)，然后在還原氣氛下自然冷卻至室溫后即得到SiC耐火原料。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要將上述SiC耐火原料經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程即可制備出所述SiC耐火原料粉體。本發(fā)明所制備的SiC耐火粉體原料的主要物相組成為β -SiC和少量C、方石英以及微量硅鐵等，該SiC耐火原料不僅可以單獨(dú)作為耐火材料使用，也可以添加到其他耐火材料中以提高其性能。
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本發(fā)明涉及的這種制備SiC耐火原料粉體的新方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、制備過(guò)程消耗能量少、粉體物相純度較高以及便于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為用后硅磚的高效增值利用、實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供一條新的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1原料及配比用后硅磚粉加入量為，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小于0.074mm;焦炭粉加入量為44. 6wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小于 0. 150mmo配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干法球磨他，將原料充分混合均勻， 粒度小于0. 150mm,孔徑篩篩余量小于2. Owt %。成型或成球?qū)⑶蚰セ旌虾玫牧霞尤牖炝蠙C(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形顆粒)。干燥成型后的試樣在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中于100°C干燥12h，使試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將干燥好的試樣在大匣缽中進(jìn)行埋碳，密封匣缽后裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設(shè)定為1600°C并保溫6小時(shí)。上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過(guò)自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程即可制備出所述SiC耐火原料粉體。所制備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量C以及微量硅鐵。實(shí)施例2原料及配比用后硅磚粉粉加入量為45.45wt%，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小于0. 074mm ；焦炭粉加入量為54. 55wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小于 0. 150mmo配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干法球磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小于0. 150mm，孔徑篩篩余量小于2. Owt %。成型或成球?qū)⑶蚰セ旌虾玫脑霞尤牖炝蠙C(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)上成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形顆粒)。干燥成型后的試樣在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中于100°C干燥12h，使坯體試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將干燥好的試樣在大匣缽中進(jìn)行埋碳，密封匣缽后裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設(shè)定為1600°C并保溫3小時(shí)。上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過(guò)自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程即可制備出所述SiC耐火原料粉體。所制備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量的C、方石英以及微量硅鐵。實(shí)施例3原料及配比用后硅磚粉加入量為55.45wt%，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小于0. 074mm ；炭黑加入量為44. 55wt %，其中C含量百分比為99. 0 %，平均粒徑為小于 0. 088mm。配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干法球磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小于0. 150mm，孔徑篩篩余量小于2. Owt %。成型或成球?qū)⑶蚰セ旌虾玫脑霞尤牖炝蠙C(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)上成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形顆粒)。干燥成型后的試樣在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中于100°C干燥12h，使坯體試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將干燥好的試樣在大匣缽中進(jìn)行埋碳，密封匣缽后裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設(shè)定為1550°C并保溫6小時(shí)。上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過(guò)自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程即可制備出所述SiC耐火原料粉體。所制備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量C、方石英以及微量硅鐵等。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種SiC耐火原料制備的新方法，其特征為碳熱還原用后硅磚制備SiC 耐火原料粉體。本發(fā)明所制備的SiC耐火原料粉體的主要成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量硅鐵，各物相β "SiC+C+Si02+Si3Fe5所占總比例大于99%，其中β -SiC所占比例大于95%。這種SiC耐火原料粉體主要用于制備窯具、高爐爐體和鐵水包內(nèi)襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內(nèi)襯等耐火制品的SiC耐火材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC耐火原料粉體的制備方法，其特征在于所述用后硅磚為使用后的高爐內(nèi)襯用后硅磚經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)后所得到的粉料，其主要化學(xué)成分為 SiO2,同時(shí)含有少量鐵雜質(zhì)，粒度為不高于74 μ m。另外，最好寫(xiě)明其中含有S^2和其他雜質(zhì)各自所占的百分含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC耐火原料粉體的制備方法，其特征在于所述SiC 耐火原料制備新方法的特征為本發(fā)明以用后硅磚和焦炭粉(也可以是石墨粉或炭黑)為主要原料，將其按一定比例混合，然后經(jīng)成型(可以為干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料成型為球形顆?；蛑苯訉⑴浜狭涎b在匣缽中、耐火托板等耐火制品中)、 干燥、裝窯、碳熱還原燒成、冷卻、破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過(guò)程制備出SiC耐火原料粉體。所述用后硅磚加入量為0. 1 99. 0% (質(zhì)量百分比)，所述焦炭粉、石墨或炭黑加入量的為 0. 1 99.0% (質(zhì)量百分比)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備SiC耐火原料粉體的方法，其特征在于所述焦炭粉為通常市售工業(yè)原料，也可以用其它炭素材料如使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無(wú)煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含量百分比大于 90%，一般粒徑小于1. 50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備SiC耐火原料粉體的方法，其特征在于所述碳熱還原過(guò)程采用埋碳工藝，所用的埋碳材料為工業(yè)原料焦炭顆粒，其純度一般不小于90%，粒度為 0. I-Imm0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SiC耐火原料粉體的制備方法，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其特征是在適當(dāng)?shù)母邷丨h(huán)境下以焦炭粉或炭黑碳熱還原用后硅磚制備SiC耐高溫原料，并經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝制成這種SiC耐火原料粉體主要用于制備窯具、高爐爐體和鐵水包內(nèi)襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內(nèi)襯等耐火制品的SiC耐火材料。本發(fā)明所制備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量硅鐵。本發(fā)明所涉及的這種制備SiC耐火原料粉體的新方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、制備過(guò)程消耗能的能量少的特點(diǎn)，為用后硅磚的高效增值利用提供一條新的技術(shù)途徑，為降低耐火材料和冶金行業(yè)的生產(chǎn)成本提供了一個(gè)新的思路，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排等突出優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102424586SQ20111026253
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者劉艷改, 房明浩, 李文娟, 潘子鶴, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)