專利名稱：一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。
背景技術：
聞爐是煉鐵的主要設備。隨著世界各國鋼鐵工業(yè)的進步，聞爐向大型化、聞效化和長壽化方向發(fā)展。在高爐煉鐵過程中，爐缸爐底的工作條件尤其惡劣，其侵蝕和破壞是化學、流體動力學及熱變形共同作用的結(jié)果；且該部位不能象高爐其他部位那樣可在生產(chǎn)過程中修補。因此，普遍認為爐缸爐底用耐火材料是制約高爐長壽的主要環(huán)節(jié)。目前，應用于高爐爐缸爐底部位的耐火材料主要包括燒成炭磚、熱壓炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、碳復合SiC磚及半石墨化自焙炭磚等。為了延長高爐壽命，陶瓷杯技術也得到廣泛應用。該技術強調(diào)在采用高熱導率炭磚將爐缸熱量傳遞給冷卻系統(tǒng)的同時，通過增加具有耐高溫、抗渣堿侵蝕、耐沖刷和良好熱震穩(wěn)定性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，將爐缸內(nèi)炭質(zhì)材料與鐵水及其它混合物分隔，從而在相當長一段時間內(nèi)杜絕了鐵水對炭質(zhì)材料爐缸的侵蝕，實現(xiàn)了爐缸系統(tǒng)的安全、高效和長壽?！耙环N用于高爐爐襯的高抗蝕微孔焙燒炭磚”(ZL00116085. 0)、“用于煉鐵高爐爐襯的微孔自焙炭磚”(ZL00116084. 2)、“一種煉鐵高爐爐襯用炭磚及其制備方法” (ZL200410061026. 3)、“爐襯用超微孔炭磚及其制造方法”(ZL200410026087. 6)、“一種抗鐵水溶蝕性的高爐炭磚及其制備方法”(ZL200910063095. O)和“一種爐襯用炭質(zhì)耐火材料及其制備方法”(ZL200910060989. 4)專利技術均提供的是炭質(zhì)耐火材料及其制備方法，盡管他們熱導率、微孔化率和抗鐵水溶蝕性能指標均較優(yōu)，但其中的陶瓷相含量一般不超過 30%,強度均不高，其抗鐵水溶蝕性能亦有待進一步提高。若這些產(chǎn)品和陶瓷杯復合，形成陶瓷材料-炭質(zhì)材料復合結(jié)構(gòu)，必然會增加高爐砌筑施工的復雜性，也不有利于高爐生產(chǎn)成本的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術缺陷，目的是提供一種制備工藝簡單的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法；用該方法所制備的耐火材料具有抗鐵水溶蝕性能優(yōu)異、熱導率高、微孔化率高和強度高的特點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是所述耐火材料的原料及其含量是 人造石墨為32 45wt%，剛玉為20 30wt%，電煅無煙煤為2 10wt%，鱗片石墨為3 10wt%， a -Al2O3微粉為4 10wt%，單質(zhì)硅粉為6 10wt%，金屬鋁粉為2 4wt%，二茂鐵為O. Γθ. 5wt%, 熱固性酚醛樹脂為15 20wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2 5分鐘，加入12^16wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 3^4wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于 110(Tl45(TC條件下燒成。在上述技術方案中人造石墨是由廢舊石墨電極為原料制得，人造石墨的粒度為O. I Imm;剛玉的粒度為O. I Imm,或剛玉的顆粒級配比為0. I ^ d<lmm占60 80wt%, 〈O. Imm占2(T40wt% ；電煅無煙煤的粒度為O. I 2mm ;鱗片石墨的粒度為〈O. 074mm ； a -Al2O3 微粉的平均粒徑為廣3 μ m ;混碾是在常壓或在-O. 04^-0. IMPa壓力條件下進行。由于采用上述技術方案，本發(fā)明采用2(T30wt%的剛玉和4 10wt%的a -Al2O3微粉原料，并且添加的6 10wt%單質(zhì)硅粉和2 4wt%金屬鋁粉會和材料中的碳或周圍氣氛中的 C0、02或隊發(fā)生反應生成SiC、Al4C3、Si02、Al203、Si3N4、AlN等陶瓷相，材料抗鐵水溶蝕性能大為增強。與此同時，單質(zhì)硅粉和金屬鋁粉會與材料中的碳或周圍氣氛中的CO、O2或隊發(fā)生反應生成SiC、A14C3、SiO2, A1203、Si3N4, AlN等陶瓷相均勻的分布于耐火材料的基質(zhì)中， 其中的大部分陶瓷相以晶須形式存在并呈成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分布，不僅有利于提供耐火材料的強度，而且使該耐火材料的微孔化率也保持在較高的水平?？紤]到引入大量陶瓷相能降低該耐火材料的熱導率，進一步將傳統(tǒng)微孔炭磚中的主要原料電煅無煙煤替換成導熱系數(shù)更高的人造石墨，同時降低材料的臨界粒度以利于陶瓷相更好地包裹人造石墨，使材料的抗鐵水溶蝕性能不下降。另外，在該耐火材料中引入二茂鐵，提高了酚醛樹脂基球形炭的活化速率，還有可能起催化作用在材料內(nèi)部生成納米碳管，從而進一步提高耐火材料的熱導率。本發(fā)明所制得的高爐爐缸爐底用耐火材料抗鐵水溶蝕指數(shù)3. 8^6. 9%，熱導率 (6000C ) 25. 6 38. Iff/ (m · K)，平均孔徑為O. 07 O. 15 μ m，〈I μ m孔容積率80 88%，常溫耐壓強度56 78MPa。因此，本發(fā)明的制備工藝簡單，所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料具有抗鐵水溶蝕性能優(yōu)異、熱導率高、微孔化率高和強度高的特點。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式
中原料的技術參數(shù)統(tǒng)一描述如下人造石墨是由廢舊石墨電極為原料制得，人造石墨的粒度為O. I^lmm ;電煅無煙煤的粒度為O. I^mm ； 鱗片石墨的粒度為〈O. 074mm ； a -Al2O3微粉的平均粒徑為f 3 μ m。實施例I
一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為32 36wt%，剛玉為22 26wt%，電煅無煙煤為6 10wt%，鱗片石墨為5 10wt%，a -Al2O3 微粉為4 6wt%，單質(zhì)硅粉為7 10wt%，金屬鋁粉為2 3wt%，二茂鐵為O. Γθ. 3wt%，熱固性酚醛樹脂為15 18wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入13^15 wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 2 3wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于120(Tl45(TC條件下燒成。在本實施例中剛玉粒度為O. rimm ;混碾工序是在常壓下進行。本實施例所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料經(jīng)檢測，抗鐵水溶蝕指數(shù)4. 4^6. 6%， 熱導率(600°C )為25. 6 31. 4ff/ (m .K)，平均孔徑為O. 08 O. 15 μ m，〈I μ m孔容積為80 84%， 常溫耐壓強度58 74MPa。實施例2
一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為36 42wt%，剛玉為20 24wt%，電煅無煙煤為3 8wt%，鱗片石墨為4 7wt%，a -Al2O3微粉為5 9wt%，單質(zhì)硅粉為6 8wt%，金屬鋁粉為3 4wt%，二茂鐵為O. 2 O. 4wt%，熱固性酚醛樹脂為16 19wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入iri6wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 2^3wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于 110(Tl35(TC條件下燒成。本實施例中剛玉粒度為O. rimm ;混碾工序是在-O. 04 -O. IMPa壓力條件下進行。本實施例所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料經(jīng)檢測，抗鐵水溶蝕指數(shù)4. 3飛.2%, 熱導率(600°C )為27. 8 33. 7ff/ (m .K)，平均孔徑為O. 07 O. 13 μ m，〈I μ m孔容積為82 86%， 常溫耐壓強度56 69MPa。實施例3
一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為35 40wt%，剛玉為25 30wt%，電煅無煙煤為2 4wt%，鱗片石墨為4 9wt%，a -Al2O3微粉為4 6wt%，單質(zhì)硅粉為6 8wt%，金屬鋁粉為2 3wt%，二茂鐵為O. 2 O. 4wt%，熱固性酚醛樹脂為15 18wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入13^15wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 2^3wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于 115(Tl40(TC條件下燒成。在本實施例中剛玉粒度為O. rimm ;混碾工序是在常壓下進行。本實施例所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料經(jīng)檢測，抗鐵水溶蝕指數(shù)4. 7飛.9%， 熱導率(600°C )為30. 2 35. 4ff/ (m .K)，平均孔徑為O. 08 O. 12 μ m，〈I μ m孔容積為81 84%， 常溫耐壓強度61 75MPa。實施例4
一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為40 45wt%，剛玉為20 25wt%，電煅無煙煤為2 4wt%，鱗片石墨為3 6wt%，a -Al2O3微粉為4 8wt%，單質(zhì)硅粉為6 9wt%，金屬鋁粉為2 3wt%，二茂鐵為O. 3 O. 5wt%，熱固性酚醛樹脂為17 20wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入iri6wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 3^4wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于 115(Tl40(TC條件下燒成。在本實施例中剛玉粒度為O. I ( d<lmm占15 17 wt %，剛玉粒度為d〈0. Imm占 5 8 wt % ;混碾工序是在-O. 04^-0. IMPa壓力條件下進行。本實施例所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料經(jīng)檢測，抗鐵水溶蝕指數(shù)4. (Γ6. 3%， 熱導率(600°C )為31. 6 37. 3ff/ (m .K)，平均孔徑為O. 07 O. 10 μ m，〈I μ m孔容積為82 88%， 常溫耐壓強度63 78MPa。實施例5
一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為35 40wt%，剛玉為20 30wt%，電煅無煙煤為3 8wt%，鱗片石墨為3 6wt%，a -Al2O3微粉為4 7wt%，單質(zhì)硅粉為7 9wt%，金屬鋁粉為2 3wt%，二茂鐵為O. 2 O. 4wt%，熱固性酚醛樹脂為15 18wt%。所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、Q-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入13^15wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入 2^3wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于 120(Tl40(rC條件下燒成。在本實施例中剛玉粒度為O. I彡d〈lmm占15 20wt%，剛玉粒度為d〈0. Imm占 5^10wt% ;混碾工序是在常壓下進行。本實施例所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料經(jīng)檢測，抗鐵水溶蝕指數(shù)3. 8飛.1%， 熱導率(600°C)為32. 4 38. IW/(m ·Κ)，平均孔徑為O. 07、. llym,<lym孔容積為82 87%， 常溫耐壓強度59 70MPa。本具體實施方式
采用2(T30wt%的剛玉和4 10wt%的a -Al2O3微粉原料,并且添加的6 10wt%單質(zhì)硅粉和2 4wt%金屬鋁粉會和材料中的碳或周圍氣氛中的CO、O2或N2發(fā)生反應生成SiC、Al4C3、Si02、Al203、Si3N4、AlN等陶瓷相，材料抗鐵水溶蝕性能大為增強。與此同時，單質(zhì)硅粉和金屬鋁粉會與材料中的碳或周圍氣氛中的C0、02或隊發(fā)生反應生成SiC、 A14C3、Si02、A1203、Si3N4、AlN等陶瓷相均勻的分布于耐火材料的基質(zhì)中，其中的大部分陶瓷相以晶須形式存在并呈成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分布，不僅有利于提供耐火材料的強度，而且使該耐火材料的微孔化率也保持在較高的水平?？紤]到引入大量陶瓷相能降低該耐火材料的熱導率，進一步將傳統(tǒng)微孔炭磚中的主要原料電煅無煙煤替換成導熱系數(shù)更高的人造石墨，同時降低材料的臨界粒度以利于陶瓷相更好地包裹人造石墨，使材料的抗鐵水溶蝕性能不下降。另外，在該耐火材料中引入二茂鐵，提高了酚醛樹脂基球形炭的活化速率，還有可能起催化作用在材料內(nèi)部生成納米碳管，從而進一步提高耐火材料的熱導率。本具體實施方式
所制得的高爐爐缸爐底用耐火材料抗鐵水溶蝕指數(shù)3. 8飛.9%，熱導率(600°C) 25. 6 38. IW/(m · K)，平均孔徑為O. 07 O. 15 μ m, <lym孔容積率80 88%，常溫耐壓強度56 78MPa。因此，本具體實施方式
的制備工藝簡單，所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料具有抗鐵水溶蝕性能優(yōu)異、熱導率高、微孔化率高和強度高的特點。
權(quán)利要求
1.一種高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨為32 45wt%，剛玉為20 30wt%，電煅無煙煤為2 10wt%，鱗片石墨為 3 10wt%，a -Al2O3微粉為4 10wt%，單質(zhì)硅粉為6 10wt%，金屬鋁粉為2 4wt%，二茂鐵為O.Γ0. 5wt%，熱固性酚醛樹脂為15 20wt% ；所述耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將其中的鱗片石墨、a -Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉和二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤混合2飛分鐘，加入12^16wt%的熱固性酚醛樹脂進行混碾，混碾時間為5 10分鐘，然后加入預混合粉，混碾5 10分鐘后，再加入3 4wt%的熱固性酚醛樹脂，混碾均勻，成型，18(T220°C條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于110(Tl45(rC條件下燒成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述人造石墨是由廢舊石墨電極為原料制得，人造石墨的粒度為O. f 1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述剛玉的粒度為O. I Imm,或剛玉的顆粒級配比為0. I ^ d<lmm占60 80wt%,〈O. Imm占20 40wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述電煅無煙煤的粒度為O. I 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述鱗片石墨的粒度為〈O. 074mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述 a -Al2O3微粉的平均粒徑為3 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法，其特征在于所述混碾是在常壓或在-O. 04^-0. IMPa壓力條件下進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7項中任一項所述的高爐爐缸爐底用耐火材料的制備方法所制備的高爐爐缸爐底用耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐爐缸爐底用耐火材料及其制備方法。該耐火材料的原料及其質(zhì)量百分含量是人造石墨32~45%，剛玉20~30%，電煅無煙煤2~10%，鱗片石墨3~10%，α-Al2O3微粉4~10%，單質(zhì)硅粉6~10%，金屬鋁粉2~4%，二茂鐵0.1~0.5%，熱固性酚醛樹脂15~20%；該耐火材料的制備工藝是除熱固性酚醛樹脂分兩次添加外，其余原料按所述含量先將鱗片石墨、α-Al2O3微粉、單質(zhì)硅粉、金屬鋁粉及二茂鐵預混合均勻，制得預混合粉；再將人造石墨、剛玉、電煅無煙煤、預混合粉及熱固性酚醛樹脂混碾均勻，成型，180~220℃條件下干燥；最后在埋炭氣氛下于1100~1450℃條件下燒成。本發(fā)明的制備工藝簡單，所制備的耐火材料具有抗鐵水溶蝕性能優(yōu)異、熱導率高、微孔化率高和強度高的特點。
文檔編號C04B35/65GK102603343SQ20121010242
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者李亞偉, 李亦韋, 李淑靜, 李遠兵, 桑紹柏, 趙雷, 金勝利 申請人:武漢科技大學