焦炉用高导热硅砖及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种焦炉用高导热硅砖及其制备方法。一种焦炉用高导热硅砖，其成分按重量百分比为：天然硅石颗粒68.0%～82.0%，天然硅石细粉13.0%～26.0%，添加剂中含分散剂0.5%～2.0%，含硅质非氧化物1.5%～5.0%；矿化剂1.0%～3.0%；结合剂为外加以上物料总重量的+1.5%～3.0%。所述添加剂包括分散剂羧甲基纤维素（CMC），羧甲基纤维素粒度＜0.088mm；硅质非氧化物Si粒度＜0.043mm，其中Si含量＞96wt%。本发明的硅砖具有高导热性和保持硅砖其它综合优良性能，能同时满足焦炉长寿、节能和高效生产的需要。
【专利说明】焦炉用高导热硅砖及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焦炉领域中用的一种硅质耐火材料，尤其涉及一种焦炉用高导热硅砖 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 硅砖是现代大型焦炉砌筑最主要的耐火材料，先进焦炉的设计方向是高效、长寿、 节能和环保，硅砖的各项性能直接影响了焦炉技术的先进性。长期以来，人们多关注硅砖 的强度、热震、荷重软化等耐火性能，以求焦炉尽可能的长寿命。但随着节能与环保要求的 日益严格化，企业要求焦炉在炼焦过程中节省煤气消耗，同时减少COx和NOx的排放。焦炉 的节能主要有两种方法：（1)降低炭化室炉墙厚度；（2)提高炭化室炉墙用耐火材料的热导 率。但减薄炉墙厚度势必会降低结构单元的强度，导致整体结构强度的降低，最终造成炉墙 寿命的下降。所以，在焦炉的节能措施中，炭化室炉墙选用具有高热导率的材料是节能措施 中非常合适的选择。因此，作为焦炉上应用的主要耐火材料--娃砖，其导热性能的提高显 得尤为重要。
[0003] 随着娃砖制造技术的发展，各种具有特殊需求的新型娃砖应运而生，比如中国专 利200810049567. 2公开了一种纳米复合硅砖及其制备方法，该专利技术的特点在于采用 了纳米CaC03、纳米氧化铁、纳米Si0 2原料，放入水中利于分散。其硅砖的优势在于耐压强度 高，同时可降低烧成温度20°C以节省能源。中国专利200510048575. 1公开了一种复合硅 砖，该专利的热风炉及焦炉用硅砖强调热震稳定性好、荷重软化点高、耐压强度高的特点， 制造中采用了SiC原料，添加剂Na 2C03和铁鳞粉，矿化剂Ca0。中国专利 20071006241.5 公 开了一种7. 63m焦炉用硅砖，其硅砖有耐压强度高、气孔率低、耐火度高、Fe203低的特点，制 造技术的特点在于添加剂用了锰粉和钾长石，矿化剂采用石灰乳。以上现有技术都在于强 调了提高硅砖的常规物理性能，以满足焦炉长寿的需要；在制造技术上采用了一些特殊原 材料，以达到比普通硅砖更好的技术指标。
[0004] 现有的娃砖制造技术中，还存在娃砖内部结构性能相对不均勻的问题。因为娃砖 制造在混练工序里，传统矿化剂-石灰乳的加入是通过管道加入湿碾机里，迅速被部分硅 石颗粒和细粉包裹，不能很好地均匀分布在泥料中，这使得砖坯里CaO的分布不均匀。在烧 结过程中使得在同一温度下颗粒及基质间Si0 2晶型转变不均匀，有的局部转化过快，有的 局部转化又过慢，这样砖体内部由于晶型转变而产生的膨胀应力非常不均匀，很容易造成 大气孔、甚至裂纹的产生，这样不仅影响成品率，还影响硅砖质量的稳定性。所以仅仅通过 物理的机械搅拌方法想使矿化剂均匀化分布是有局限的，这样会影响硅砖内部结构的均匀 性，从而会影响娃砖性能。
[0005] 现有的普通硅砖由于其传统矿化剂矿化效果及加入形式的局限性，使硅砖半成品 造坯过程中水分分布不够均匀，泥料水分也偏高。硅砖在烧成后，水分排除留下的气孔分布 也非常不均匀，气孔簇团局部集中情况突出，这都严重地影响了硅砖导热率的提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种焦炉用高导热硅砖及其制备方法，该硅砖具有高导热 性和保持硅砖其它综合优良性能，能同时满足焦炉长寿、节能和高效生产的需要。
[0007] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 一种焦炉用高导热娃砖，其成分按重量百分比为：天然娃石颗粒68. 0%?82. 0%,天然 硅石细粉13. 0%?26. 0%，添加剂中含分散剂0. 5%?2. 0%，含硅质非氧化物1. 5%?5. 0% ; 矿化剂1. 0%?3. 0% ;结合剂为外加以上物料总重量的+1. 5%?3. 0%。
[0008] 所述天然娃石颗粒为3-〇mm，细粉为< 0. 074mm，天然娃石中Si02含量彡98. 5%。
[0009] 所述结合剂为亚硫酸纸浆废液，比重1. 1?1. 3。
[0010] 所述添加剂包括分散剂羧甲基纤维素（CMC)，羧甲基纤维素粒度< 0. 088mm ;硅质 非氧化物Si粒度<0· 043mm，其中Si含量> 96%。
[0011] 所述矿化剂为铝酸钙水泥，其粒度< 0. 043mm，其中A1203含量> 65%。
[0012] 一种焦炉用高导热硅砖制备方法，将硅石原料与添加剂、矿化剂、外加的结合剂按 照一定配比送入湿碾机里混练，将混好的物料经过压砖机机压成型，成型后的砖坯被送入 干燥器中，干燥器的温度在100?150°c之间，干燥时间为24?48小时；干燥后的砖坯放 入隧道窑中烧结，烧成温度为1420?1450°C，保温48?60小时，烧成后即得到所述高导热 娃砖。
[0013] 本发明的高导热硅砖中引入了特殊的添加剂，减少了泥料水份，并在烧成过程中 通过化学反应促进了玻璃相的均匀分布，并且较好地填充了颗粒表面及基质的孔隙，使硅 砖内部微观结构更加致密化，这为硅砖热导率的提高提供了基础。
[0014] 本发明的高导热硅砖在保持硅砖良好物理性能的基础上，通过化学反应调整了硅 砖内部的微观结构，使导热性能大幅提1?，对于焦炉目如特别关注的节能及1?效生广有非 常好的作用。
[0015] 本发明的高导热硅砖使用在炭化室炉墙上，会使得在同样的时间里燃烧室各火道 传递到炭化室内的热量更多，这样在不改变工艺的情况下，炼焦时间会缩短；如果不改变炼 焦周期，则火道内的火焰温度可有一定程度地降低，这样便起到了降低吨焦耗热量的作用。 以JNX-70-2型焦炉（2组X60孔)为例计算：若采用焦炉煤气加热每年可节约31840. 8t标 煤；若采用高炉煤气加热每年可节约35833. 7t标煤。因此在不改变现有生产制度的条件 下，不仅可降低单位时间内的燃料量，由于单位燃料产生的烟气量一定，则单位时间内产生 的烟气量降低，烟气通过蓄热室格子砖时可保证更长的换热时间，最终降低烟气的出口温 度，也能达到节能效果。若不改变供给燃料量及加热制度，则可增产22. 6%，可达到高效生产 的目标。因此焦炉行业采用高导热硅砖意义重大。
[0016] 本发明的硅砖内部孔隙分布均匀，且孔径比普通硅砖小，硅砖结构更加均匀，使本 发明的硅砖导热率比传统硅砖提高了 20%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为现有的普通焦炉硅砖15倍扫描电镜图片； 图2为本发明的高导热硅砖15倍扫描电镜图片。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0019] 一种焦炉用高导热硅砖，以天然硅石颗粒及硅石细粉，按照一定的比例混合矿化 齐[J、添加剂和外加结合剂。起始物料的重量百分比（Wt%)为天然硅石颗粒68. 0%?82. 0%， 天然硅石细粉为13. 0%?26. 0%，添加剂中含分散剂0. 5%?2. 0%，含硅质非氧化物1. 5%? 5. 0% ;矿化剂1. 0%?3. 0% ;结合剂为外加以上物料总重量的+ 1. 5%?3. 0%。原料中所述 天然娃石颗粒为3-0mm，细粉为< 0. 074mm，天然娃石中Si02含量彡98. 5wt% ;所述结合剂为 亚硫酸纸浆废液，比重1. 1?1. 3 ;所述添加剂包括分散剂羧甲基纤维素（CMC)，羧甲基纤维 素粒度< 0. 088mm，硅质非氧化物Si粒度< 0. 043mm，其中Si含量> 96wt%。所述矿化剂为 铝酸钙水泥，其粒度< 0. 043mm，其中A1203含量> 65wt%。
[0020] -种焦炉用高导热硅砖制备方法，是将硅石原料与添加剂、矿化剂、外加的结合剂 按照一定配比送入湿碾机里混练，将混好的物料经过压砖机机压成型，成型后的砖坯被送 入干燥器中，干燥器的温度在100?150°C之间，干燥时间为24?48小时；干燥后的砖坯 放入隧道窑中烧结，烧成温度为1420?1450°C，保温48?60小时，烧成后即得到本发明所 述高导热硅砖。
[0021] 本发明焦炉用高导热硅砖及其制备方法的原理在于：通过加入分散剂，及矿化效 果更好的矿化剂，使得在烧结过程中硅砖颗粒及基质间晶型转变的同步性更好，在高温下 由于晶型变化而产生的膨胀更均匀，较大程度地改善了原来由于膨胀的不均匀产生的孔隙 集中，孔径较大、甚至裂纹形成的情况。添加剂硅质非氧化物Si在升温过程中先产生液相， 很好地缓解硅砖在烧结过程中的膨胀应力，避免了由于应力缓解不及时造成的较大空隙， 产生裂纹及其它缺陷，同时该物质的氧化可填充颗粒间的气孔。除此之外，分散剂的引入， 使得水分在泥料中分散得更均匀，并且半成品的水分得到了有效降低，为最终成品气孔的 均匀分布提供了基础。通过扫描电镜图片可以清晰地看到（如图1、2所示)，本发明硅砖内 部孔隙分布均匀，且孔径比普通硅砖小，结构更加均匀致密，使本发明硅砖的导热率有了很 大程度的提高。传统硅砖导热率范围在1. 80-2. 05w/m · k，本发明产品导热率范围可达到 2. 30-2. 50w/m · k〇
[0022] 实施例1 :以重量百分计，加入天然硅石颗粒料82.0%，细粉料13.0%，Sil. 5%， CMC0. 5%，铝酸钙3. 0%，外加亚硫酸纸浆废液+ 1. 5%。将上述原料称好后，放入湿碾机，混 练30分钟，用压砖机机压成坯，再把坯体送入温度为120°C的干燥器中干燥36小时。烘干 后入窑高温烧结，升温速率约为15°C /h，烧成温度为1435°C，保温时间为54小时，冷却速 率为20°C /h，冷却至常温，产品出窑。
[0023] 实施例2 :以重量百分计，加入天然硅石颗粒料78.0%，细粉料17.0%，Sil.O%， CMC1. 5%，铝酸钙2. 5%，外加亚硫酸纸浆废液+ 2. 0%。将上述原料称好后，放入湿碾机，混 练30分钟，用压砖机机压成坯，再把坯体送入温度为130°C的干燥器中干燥32小时。烘干 后入窑高温烧结，升温速率约为15°C /h，烧成温度为1450°C，保温时间为48小时，冷却速 率为20°C /h，冷却至常温，产品出窑。
[0024] 实施例3 :以重量百分计，加入天然硅石颗粒料74. 0%，细粉料18. 0%，Si5. 0%， CMC1. 0%，铝酸钙2. 0%，外加亚硫酸纸浆废液+ 2. 2%。将上述原料称好后，放入湿碾机，混 练30分钟，用压砖机机压成坯，再把坯体送入温度为150°C的干燥器中干燥24小时。烘干 后入窑高温烧结，升温速率约为15°C /h，烧成温度为1420°C，保温时间为60小时，冷却速 率为20°C /h，冷却至常温，产品出窑。
[0025] 实施例4 :以重量百分计，加入天然硅石颗粒料72. 0%，细粉料24. 0%，Si2. 0%， CMC0. 5%，铝酸钙1. 5%，外加亚硫酸纸浆废液+ 2. 5%。将上述原料称好后，放入湿碾机，混 练30分钟，用压砖机机压成坯，再把坯体送入温度为110°C的干燥器中干燥40小时。烘干 后入窑高温烧结，升温速率约为15°C /h，烧成温度为1440°C，保温时间为50小时，冷却速 率为20°C /h，冷却至常温，产品出窑。
[0026] 实施例5 :以重量百分计，加入天然硅石颗粒料68. 0%，细粉料26. 0%，Si3. 0%， CMC2. 0%，铝酸钙1. 0%，外加亚硫酸纸浆废液+ 3. 0%。将上述原料称好后，放入湿碾机，混 练30分钟，用压砖机机压成坯，再把坯体送入温度为100°C的干燥器中干燥48小时。烘干 后入窑高温烧结，升温速率约为15°C /h，烧成温度为1430°C，保温时间为56小时，冷却速 率为20°C /h，冷却至常温，产品出窑。
[0027] 表1普通娃砖与本发明的高导热娃砖性能比较
【权利要求】
1. 一种焦炉用高导热硅砖，其特征是：所述高导热硅砖的成分按重量百分比为：天然 硅石颗粒68. 0%?82. 0%，天然硅石细粉13. 0%?26. 0%，添加剂中含分散剂0. 5%?2. 0%， 含硅质非氧化物1. 5%?5. 0% ;矿化剂1. 0%?3. 0% ;结合剂为外加以上物料总重量的 +1. 5% ?3. 0%。
2. 根据权利要求1所述的焦炉用高导热硅砖，其特征是：所述天然硅石颗粒为3-0_， 细粉为< 〇. 〇74mm，天然硅石中Si02含量彡98. 5%。
3. 根据权利要求1所述的焦炉用高导热硅砖，其特征是：所述结合剂为亚硫酸纸浆废 液，比重1. 1?1. 3。
4. 根据权利要求1所述的焦炉用高导热硅砖，其特征是：所述添加剂包括分散剂羧甲 基纤维素（CMC)，羧甲基纤维素粒度<0· 088mm ;硅质非氧化物Si粒度<0· 043mm，其中Si 含量> 96%。
5. 根据权利要求1所述的焦炉用高导热硅砖，其特征是：所述矿化剂为铝酸钙水泥，其 粒度< 〇· 〇43謹，其中A1203含量> 65%。
6. -种焦炉用高导热硅砖制备方法，其特征是：将硅石原料与添加剂、矿化剂、外加的 结合剂按照一定配比送入湿碾机里混练，将混好的物料经过压砖机机压成型，成型后的砖 坯被送入干燥器中，干燥器的温度在100?150°C之间，干燥时间为24?48小时；干燥后 的砖坯放入隧道窑中烧结，烧成温度为1420?1450°C，保温48?60小时，烧成后即得到所 述高导热硅砖。
【文档编号】C04B35/66GK104119081SQ201310146445
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】甘菲芳, 薄钧, 徐志栋, 郑德胜, 姜伟忠, 王玉霞, 唐莉, 臧纯勇 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 中钢集团耐火材料有限公司