高强致密硅砖的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焦炉、热风炉用硅质耐火材料，具体涉及一种高强致密硅砖的生产方法。
【背景技术】
[0002]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着焦炉技术的先进性。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COdP NO ,的排放。焦炉的燃烧室及碳化室除长期遭受1300°C以上的高温作用外还承受上部砌体及设备的静荷重，装煤车及推焦机在工作时的动负荷，煤结焦时膨胀所产生的压力，推焦时与焦炭的摩擦作用等，因此要求硅砖需具有高的强度，强度越尚，耐磨性越好、寿命越尚。焦炉的节能主要有两种方法:(I)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非常合适的选择。硅砖作为焦炉上应用的主要耐火材料，其导热性能的提高显得尤为重要。提高热导率的重要途径主要是降低硅砖的气孔率、提高密度，同时硅砖的强度、耐磨性能等也同时得到提高。
[0003]热风炉是一种蓄热式的热交换器，为高炉的高效操作提供一定风温的热风。现代高炉炼铁技术的提高与采用了热风炉高风温技术是分不开的，风温越高越有利于提高高炉的作业效率和降低焦比。目前平均风温达1100°C?1250°C，个别热风炉风温高达1350°C，这为高炉的高效运行和节能降耗打下了坚实的基础。硅砖由于在高温下的极好热震稳定性、高的高温强度、蠕变率低、价格适中等优点，所以一直是热风炉中高温部位格子体中使用的最主要耐火材料。耐火材料的热交换能力除与换热面积有关外，还与其热传导和热容量有关，而热传导和热容量与耐火材料的体积密度有关。材料比热一定的情况下，体积密度越大，热容量越大，热传导能力越大，热交换能力越强，越容易获得稳定的高风温。
[0004]普通硅砖的体积密度一般在1.80?1.86g/cm3，气孔率一般在19?23%，耐压强度一般在30?50MPa。体积密度大于1.90g/cm3、气孔率低于18%的娃砖为致密娃砖，耐压强度一般大于60MPa。因此，生产高强致密硅砖是现代焦炉、现代热风炉的共同要求。
[0005]早在六十年代初期，美、西德、日、苏等国就进行了一些试验，如在硅砖配料中加入T12, Fe2O3, Cu2O, CaO等进行制砖试验和生产高密度硅砖，虽然砖的气孔率有所降低、体积密度和强度有所升高，但这些添加物对硅砖来说均为杂质，会显著降低硅砖的高温性能。我国也进行了含铁焦炉硅砖的试验开发；近期，研究人员又通过添加金属S1、SiC, Si3N4等添加物来研制高导热性、致密硅砖，但这些添加物价格昂贵，使致密硅砖的成本显著升高，同时还存在着生产过程中易产生裂纹、颜色异常等问题。目前为止，还没有体积密度大于
1.90g/cm3、气孔率小于18%的致密硅砖成功应用到焦炉或热风炉的报道。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高强致密硅砖的生产方法，该硅砖具有高导热性、高强度和高的蓄热性能，并保持硅砖其它综合优良性能，能同时满足焦炉、热风炉长寿、节能和高效生产的需要；所述生产方法工艺简单、易于实施。
[0007]本发明所述的高强致密硅砖的生产方法，包括如下步骤:
[0008](I)浸硅溶胶:浸硅溶胶过程采用如下两种方法中的一种:
[0009]a、将烧成的硅砖在硅溶胶中浸泡，然后烘干，烘干后再浸泡烘干，反复浸泡烘干几次；
[0010]b、将烧成的硅砖放到密闭容器中抽真空后，放入硅溶胶0.5?I小时后烘干；
[0011](2)将步骤(I)得到的浸硅溶胶后的硅砖进行热处理，即得所述的高强致密硅砖。
[0012]其中，优选的技术方案如下所示:
[0013]所述硅溶胶的质量浓度为10%?50%。硅溶胶属于胶体溶液，为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的S12^有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表示为S12.ηΗ20ο由于胶体粒子微细(10?20nm)，有相当大的比表面积，粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此和其它物质混合时分散性和渗透性都非常好。当硅溶胶水分蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合。气孔率较高的干燥硅砖经浸泡后、烘干后，气孔中水分排出，固体二氧化硅留在硅砖中，从而降低硅砖的气孔率、提高砖的密度、强度、热导率等指标。
[0014]所述浸泡时间为I?72h。
[0015]所述反复浸泡烘干共进行1-4次。大多数硅砖在浸泡烘干反复进行1-4次后，可得到气孔率低于18%的致密硅砖。如此浸泡、烘干反复进行下去可以得到气孔率小于10%甚至更低的致密硅砖。在要求的气孔率比较小时，可适当增加反复浸泡烘干的次数。
[0016]所述抽真空为将密闭容器抽至真空度小于lOOOPa，保持30分钟以上。采用抽真空吸附硅溶胶时，此种方式吸附硅溶胶效果比较好，一般进行一次吸附、一次干燥就能满足所需要的气孔率和体积密度。如果不考虑生产成本，吸附干燥的次数越多，得到的高强致密硅砖性能越好。
[0017]所述烘干温度为60_150°C，烘干时间为l_72h。
[0018]为了使浸硅溶胶后的硅砖与原硅砖的热膨胀性能相同或相近，应将浸硅溶胶后的砖进行热处理。所述热处理条件为:在1200?150(TC保温I?50h。所述热处理最简单的方法是在硅砖窑或粘土窑等窑炉中再烧一遍，使浸入的无定形二氧化硅晶体化，使其与原娃砖的矿物组成基本一致。
[0019]综上所述，本发明的有益效果如下:
[0020](I)采用本发明所述生产方法生产致密硅砖，可使合格率多95%，成本大大降低，经济效益显著，制备得到的致密硅砖，具有高导热性、高强度和高的蓄热性能，并保持硅砖其它综合优良性能，能同时满足焦炉、热风炉长寿、节能和高效生产的需要。
[0021](2)现在全球能源供应紧张，价格居高不下，国家大力提倡节能减排，企业竞争日益激烈，本发明降低了致密硅砖的生产成本，适应我国经济和社会实际需要