专利名称：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170(TC以上高温煅烧而成，能耗高且其导热系 数较低一般为2~5W/(nvK)，微孔化率不高(10 20nm， <lpm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 25wtM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 140(TC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 lmm的
3占15 32wt%， 粒度为l 0mm的占12 20wt%;天然鳞片石墨的粒度O.074mm;单质硅 粉的粒度O.045mm，氧化铝微粉的粒度O.005mm;热态混辗的温度为U0 15(TC;热态模
压的温度为模具温度 uor。
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0.1ptm)而〈pm孔容积百分率大(大于85%)，导热系数高(大于20 W/(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。
具体实施例方式
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l
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 140(TC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 lmm的 占15 32wt%，粒度为l 0mm的占12 20wt%;天然鳞片石墨的粒度〈0.074mm;单质硅 粉的粒度O.045mm，氧化铝微粉的粒度O.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0.089~0.0984im， 〈nm孔容 积为84.5~86%，导热系数(60(TC)为37-40 (W/nvK)，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。/。和氧化铝微粉制备工艺除最后在埋炭气氛下于1100 115CTC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/pm， 〈lnm孔容
积为85.5~86.8%，导热系数(600°C)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 135(TC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/Vm， 〈lnm孔容
积为82.1~88.7%，导热系数(600°C)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 120(TC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/nm， <lpm孔容
积为80.0 85.6%，导热系数(600°C)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 125(TC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/)Lim， 〈lpm孔容
积为80.0~82.3%，导热系数(600°C)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 5wtQ/。和氧化铝微粉为 3 5wt%，外加上述混合料12 14wt"/。的酚醛树脂。
5该耐火材料的制备工艺除振动成型，在埋炭气氛下于1300 135(TC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0.082-0.091 pm， 〈lnm孔容 积为82.1-84.2%,导热系数(600°C)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 12wty。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 115(TC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 m， 〈1^m孔容 积为82.3~84.4%，导热系数(600°C)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 120(TC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 lnrai的 占15 32wt%，粒度为l Omm的占12 20wt%;天然鳞片石墨的粒度O.074mm;单质硅 粉的粒度O.045mm，氧化铝微粉的粒度〈0.005mm;热态混辗的温度为110 150°C;热态模 压的温度为模具温度 11(TC。
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0.081~0.0934mi， 〈lpm孔容 积为86.2~88.4%，导热系数(600°C)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 125(TC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/^un， 〈nm孔容 积为85.4~87.6%，导热系数(60(TC)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 130(TC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/pm， 〈lpm孔容 积为86.2~90.4%，导热系数(600°C)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 140(TC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/nm， 〈1[xm孔容
积为80.2-86.3%，导热系数(600°C)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 8wtn/。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 130(TC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/|am, 〈lpm孔容
积为肌0 83.2%，导热系数(600°C)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 12wtQ/。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 14(KTC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/pm， 〈lpm孔容
积为83.1~84.8%，导热系数(600°C)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 120(TC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0.078~0.0834un， <1|^11孔容 积为83.6~87.2%,导热系数(60CTC)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O.lpm)而〈lpm孔容积百分率大(大于85%)，导热系数高(大于20 W/(nrK))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。
8
权利要求
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 lmm的占15 32wt%， 粒 度为1 0mm的占12 20wt%;天然鳞片石墨的粒度O.074mm;单质硅粉的粒度O.045mm， 氧化铝微粉的粒度O.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。C。
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'C。
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。
全文摘要
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。
文档编号C04B35/52GK101503302SQ200910060989
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者李亚伟, 桑绍柏, 山 葛, 陈希来 申请人:武汉科技大学