专利名称：一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。
背景技术：
闻炉是炼铁的主要设备。随着世界各国钢铁工业的进步，闻炉向大型化、闻效化和长寿化方向发展。在高炉炼铁过程中，炉缸炉底的工作条件尤其恶劣，其侵蚀和破坏是化学、流体动力学及热变形共同作用的结果；且该部位不能象高炉其他部位那样可在生产过程中修补。因此，普遍认为炉缸炉底用耐火材料是制约高炉长寿的主要环节。目前，应用于高炉炉缸炉底部位的耐火材料主要包括烧成炭砖、热压炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、碳复合SiC砖及半石墨化自焙炭砖等。为了延长高炉寿命，陶瓷杯技术也得到广泛应用。该技术强调在采用高热导率炭砖将炉缸热量传递给冷却系统的同时，通过增加具有耐高温、抗渣碱侵蚀、耐冲刷和良好热震稳定性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，将炉缸内炭质材料与铁水及其它混合物分隔，从而在相当长一段时间内杜绝了铁水对炭质材料炉缸的侵蚀，实现了炉缸系统的安全、高效和长寿。“一种用于高炉炉衬的高抗蚀微孔焙烧炭砖”(ZL00116085. 0)、“用于炼铁高炉炉衬的微孔自焙炭砖”(ZL00116084. 2)、“一种炼铁高炉炉衬用炭砖及其制备方法” (ZL200410061026. 3)、“炉衬用超微孔炭砖及其制造方法”(ZL200410026087. 6)、“一种抗铁水溶蚀性的高炉炭砖及其制备方法”(ZL200910063095. O)和“一种炉衬用炭质耐火材料及其制备方法”(ZL200910060989. 4)专利技术均提供的是炭质耐火材料及其制备方法，尽管他们热导率、微孔化率和抗铁水溶蚀性能指标均较优，但其中的陶瓷相含量一般不超过 30%,强度均不高，其抗铁水溶蚀性能亦有待进一步提高。若这些产品和陶瓷杯复合，形成陶瓷材料-炭质材料复合结构，必然会增加高炉砌筑施工的复杂性，也不有利于高炉生产成本的降低。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种制备工艺简单的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法；用该方法所制备的耐火材料具有抗铁水溶蚀性能优异、热导率高、微孔化率高和强度高的特点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是所述耐火材料的原料及其含量是 人造石墨为32 45wt%，刚玉为20 30wt%，电煅无烟煤为2 10wt%，鳞片石墨为3 10wt%， a -Al2O3微粉为4 10wt%，单质硅粉为6 10wt%，金属铝粉为2 4wt%，二茂铁为O. Γθ. 5wt%, 热固性酚醛树脂为15 20wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2 5分钟，加入12^16wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 3^4wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于 110(Tl45(TC条件下烧成。在上述技术方案中人造石墨是由废旧石墨电极为原料制得，人造石墨的粒度为O. I Imm;刚玉的粒度为O. I Imm,或刚玉的颗粒级配比为0. I ^ d<lmm占60 80wt%, 〈O. Imm占2(T40wt% ；电煅无烟煤的粒度为O. I 2mm ;鳞片石墨的粒度为〈O. 074mm ； a -Al2O3 微粉的平均粒径为广3 μ m ;混碾是在常压或在-O. 04^-0. IMPa压力条件下进行。由于采用上述技术方案，本发明采用2(T30wt%的刚玉和4 10wt%的a -Al2O3微粉原料，并且添加的6 10wt%单质硅粉和2 4wt%金属铝粉会和材料中的碳或周围气氛中的 C0、02或队发生反应生成SiC、Al4C3、Si02、Al203、Si3N4、AlN等陶瓷相，材料抗铁水溶蚀性能大为增强。与此同时，单质硅粉和金属铝粉会与材料中的碳或周围气氛中的CO、O2或队发生反应生成SiC、A14C3、SiO2, A1203、Si3N4, AlN等陶瓷相均匀的分布于耐火材料的基质中， 其中的大部分陶瓷相以晶须形式存在并呈成网络结构分布，不仅有利于提供耐火材料的强度，而且使该耐火材料的微孔化率也保持在较高的水平。考虑到引入大量陶瓷相能降低该耐火材料的热导率，进一步将传统微孔炭砖中的主要原料电煅无烟煤替换成导热系数更高的人造石墨，同时降低材料的临界粒度以利于陶瓷相更好地包裹人造石墨，使材料的抗铁水溶蚀性能不下降。另外，在该耐火材料中引入二茂铁，提高了酚醛树脂基球形炭的活化速率，还有可能起催化作用在材料内部生成纳米碳管，从而进一步提高耐火材料的热导率。本发明所制得的高炉炉缸炉底用耐火材料抗铁水溶蚀指数3. 8^6. 9%，热导率 (6000C ) 25. 6 38. Iff/ (m · K)，平均孔径为O. 07 O. 15 μ m，〈I μ m孔容积率80 88%，常温耐压强度56 78MPa。因此，本发明的制备工艺简单，所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料具有抗铁水溶蚀性能优异、热导率高、微孔化率高和强度高的特点。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式
中原料的技术参数统一描述如下人造石墨是由废旧石墨电极为原料制得，人造石墨的粒度为O. I^lmm ;电煅无烟煤的粒度为O. I^mm ； 鳞片石墨的粒度为〈O. 074mm ； a -Al2O3微粉的平均粒径为f 3 μ m。实施例I
一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为32 36wt%，刚玉为22 26wt%，电煅无烟煤为6 10wt%，鳞片石墨为5 10wt%，a -Al2O3 微粉为4 6wt%，单质硅粉为7 10wt%，金属铝粉为2 3wt%，二茂铁为O. Γθ. 3wt%，热固性酚醛树脂为15 18wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入13^15 wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 2 3wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于120(Tl45(TC条件下烧成。在本实施例中刚玉粒度为O. rimm ;混碾工序是在常压下进行。本实施例所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料经检测，抗铁水溶蚀指数4. 4^6. 6%， 热导率(600°C )为25. 6 31. 4ff/ (m .K)，平均孔径为O. 08 O. 15 μ m，〈I μ m孔容积为80 84%， 常温耐压强度58 74MPa。实施例2
一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为36 42wt%，刚玉为20 24wt%，电煅无烟煤为3 8wt%，鳞片石墨为4 7wt%，a -Al2O3微粉为5 9wt%，单质硅粉为6 8wt%，金属铝粉为3 4wt%，二茂铁为O. 2 O. 4wt%，热固性酚醛树脂为16 19wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入iri6wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 2^3wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于 110(Tl35(TC条件下烧成。本实施例中刚玉粒度为O. rimm ;混碾工序是在-O. 04 -O. IMPa压力条件下进行。本实施例所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料经检测，抗铁水溶蚀指数4. 3飞.2%, 热导率(600°C )为27. 8 33. 7ff/ (m .K)，平均孔径为O. 07 O. 13 μ m，〈I μ m孔容积为82 86%， 常温耐压强度56 69MPa。实施例3
一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为35 40wt%，刚玉为25 30wt%，电煅无烟煤为2 4wt%，鳞片石墨为4 9wt%，a -Al2O3微粉为4 6wt%，单质硅粉为6 8wt%，金属铝粉为2 3wt%，二茂铁为O. 2 O. 4wt%，热固性酚醛树脂为15 18wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入13^15wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 2^3wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于 115(Tl40(TC条件下烧成。在本实施例中刚玉粒度为O. rimm ;混碾工序是在常压下进行。本实施例所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料经检测，抗铁水溶蚀指数4. 7飞.9%， 热导率(600°C )为30. 2 35. 4ff/ (m .K)，平均孔径为O. 08 O. 12 μ m，〈I μ m孔容积为81 84%， 常温耐压强度61 75MPa。实施例4
一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为40 45wt%，刚玉为20 25wt%，电煅无烟煤为2 4wt%，鳞片石墨为3 6wt%，a -Al2O3微粉为4 8wt%，单质硅粉为6 9wt%，金属铝粉为2 3wt%，二茂铁为O. 3 O. 5wt%，热固性酚醛树脂为17 20wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入iri6wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 3^4wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于 115(Tl40(TC条件下烧成。在本实施例中刚玉粒度为O. I ( d<lmm占15 17 wt %，刚玉粒度为d〈0. Imm占 5 8 wt % ;混碾工序是在-O. 04^-0. IMPa压力条件下进行。本实施例所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料经检测，抗铁水溶蚀指数4. (Γ6. 3%， 热导率(600°C )为31. 6 37. 3ff/ (m .K)，平均孔径为O. 07 O. 10 μ m，〈I μ m孔容积为82 88%， 常温耐压强度63 78MPa。实施例5
一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为35 40wt%，刚玉为20 30wt%，电煅无烟煤为3 8wt%，鳞片石墨为3 6wt%，a -Al2O3微粉为4 7wt%，单质硅粉为7 9wt%，金属铝粉为2 3wt%，二茂铁为O. 2 O. 4wt%，热固性酚醛树脂为15 18wt%。所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、Q-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入13^15wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入 2^3wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于 120(Tl40(rC条件下烧成。在本实施例中刚玉粒度为O. I彡d〈lmm占15 20wt%，刚玉粒度为d〈0. Imm占 5^10wt% ;混碾工序是在常压下进行。本实施例所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料经检测，抗铁水溶蚀指数3. 8飞.1%， 热导率(600°C)为32. 4 38. IW/(m ·Κ)，平均孔径为O. 07、. llym,<lym孔容积为82 87%， 常温耐压强度59 70MPa。本具体实施方式
采用2(T30wt%的刚玉和4 10wt%的a -Al2O3微粉原料,并且添加的6 10wt%单质硅粉和2 4wt%金属铝粉会和材料中的碳或周围气氛中的CO、O2或N2发生反应生成SiC、Al4C3、Si02、Al203、Si3N4、AlN等陶瓷相，材料抗铁水溶蚀性能大为增强。与此同时，单质硅粉和金属铝粉会与材料中的碳或周围气氛中的C0、02或队发生反应生成SiC、 A14C3、Si02、A1203、Si3N4、AlN等陶瓷相均匀的分布于耐火材料的基质中，其中的大部分陶瓷相以晶须形式存在并呈成网络结构分布，不仅有利于提供耐火材料的强度，而且使该耐火材料的微孔化率也保持在较高的水平。考虑到引入大量陶瓷相能降低该耐火材料的热导率，进一步将传统微孔炭砖中的主要原料电煅无烟煤替换成导热系数更高的人造石墨，同时降低材料的临界粒度以利于陶瓷相更好地包裹人造石墨，使材料的抗铁水溶蚀性能不下降。另外，在该耐火材料中引入二茂铁，提高了酚醛树脂基球形炭的活化速率，还有可能起催化作用在材料内部生成纳米碳管，从而进一步提高耐火材料的热导率。本具体实施方式
所制得的高炉炉缸炉底用耐火材料抗铁水溶蚀指数3. 8飞.9%，热导率(600°C) 25. 6 38. IW/(m · K)，平均孔径为O. 07 O. 15 μ m, <lym孔容积率80 88%，常温耐压强度56 78MPa。因此，本具体实施方式
的制备工艺简单，所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料具有抗铁水溶蚀性能优异、热导率高、微孔化率高和强度高的特点。
权利要求
1.一种高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述耐火材料的原料及其含量是人造石墨为32 45wt%，刚玉为20 30wt%，电煅无烟煤为2 10wt%，鳞片石墨为 3 10wt%，a -Al2O3微粉为4 10wt%，单质硅粉为6 10wt%，金属铝粉为2 4wt%，二茂铁为O.Γ0. 5wt%，热固性酚醛树脂为15 20wt% ；所述耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将其中的鳞片石墨、a -Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉和二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤混合2飞分钟，加入12^16wt%的热固性酚醛树脂进行混碾，混碾时间为5 10分钟，然后加入预混合粉，混碾5 10分钟后，再加入3 4wt%的热固性酚醛树脂，混碾均匀，成型，18(T220°C条件下干燥；最后在埋炭气氛下于110(Tl45(rC条件下烧成。
2.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述人造石墨是由废旧石墨电极为原料制得，人造石墨的粒度为O. f 1mm。
3.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述刚玉的粒度为O. I Imm,或刚玉的颗粒级配比为0. I ^ d<lmm占60 80wt%,〈O. Imm占20 40wt%。
4.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述电煅无烟煤的粒度为O. I 2mm。
5.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的粒度为〈O. 074mm。
6.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述 a -Al2O3微粉的平均粒径为3 μ m。
7.根据权利要求I所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法，其特征在于所述混碾是在常压或在-O. 04^-0. IMPa压力条件下进行。
8.根据权利要求7项中任一项所述的高炉炉缸炉底用耐火材料的制备方法所制备的高炉炉缸炉底用耐火材料。
全文摘要
本发明涉及一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法。该耐火材料的原料及其质量百分含量是人造石墨32~45%，刚玉20~30%，电煅无烟煤2~10%，鳞片石墨3~10%，α-Al2O3微粉4~10%，单质硅粉6~10%，金属铝粉2~4%，二茂铁0.1~0.5%，热固性酚醛树脂15~20%；该耐火材料的制备工艺是除热固性酚醛树脂分两次添加外，其余原料按所述含量先将鳞片石墨、α-Al2O3微粉、单质硅粉、金属铝粉及二茂铁预混合均匀，制得预混合粉；再将人造石墨、刚玉、电煅无烟煤、预混合粉及热固性酚醛树脂混碾均匀，成型，180~220℃条件下干燥；最后在埋炭气氛下于1100~1450℃条件下烧成。本发明的制备工艺简单，所制备的耐火材料具有抗铁水溶蚀性能优异、热导率高、微孔化率高和强度高的特点。
文档编号C04B35/65GK102603343SQ20121010242
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者李亚伟, 李亦韦, 李淑静, 李远兵, 桑绍柏, 赵雷, 金胜利 申请人:武汉科技大学