专利名称：一种炭砖及其制造方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金工程材料非金属材料领域，尤其涉及炭素材料领域，具体的讲，就是涉及一种炭砖，炭砖的制造方法以及用该炭砖砌筑电煅炉内衬的应用。
背景技术：
电煅炉是冶金工业中，将无烟煤、石油焦、浙青焦、冶金焦、炭块焙烧碎等炭素颗粒原料进行热处理的炉窑设备。电煅炉整体呈立式中空的筒状结构，将炭素颗粒从电煅炉上部连续加入，在电煅炉下部连续排出。电煅炉的上部设有上部电极，下部设有下部电极，在炭素颗粒从上到下通过炉体空腔时，电煅炉通电，炭素颗粒本身形成电阻料层发热，利用电能进行自身加热。电煅炉通过电能能将炭素颗粒原料热处理到平均1700°C以上，从而排除掉炭素颗粒中的挥发分、硫、氮等杂质，同时，提高炭素颗粒的真密度、降低炭素颗粒的电阻率，以便这些炭素颗粒在被用作高炉炭块、铝用阴极炭块、电炉炭块和增碳剂的原料时，具 有优异的性能。但普通电煅炉存在的缺点是炉内存在着沿径向的温度梯度，即，在炉内中心部位温度可达到2000°C以上，但在炉内周边部位，温度只能达到1200 1400°C。这样电煅后的炭素颗粒质地不均匀，从而限制了以其为原料的高炉炭块、铝用阴极炭块、电炉炭块和增碳剂性能的提高，尤其是对于硫含量和氮含量要求很低的高级增碳剂，则不能用这种炭素颗粒制造。虽然，通过提高向普通电煅炉内输入功率或者延长炭素颗粒在炉内的停留时间，可以从总体上提高热处理温度，但由于普通电煅炉，其内衬是用高铝砖砌筑的，高铝砖不能长时间承受高于1400°C的温度，因此，无法实现用普通电煅炉进行炭素颗粒在高于2000°C下的均匀热处理。炭素材料能够长时间承受2000°C以上，甚至3000°C以上的高温，而且在高温下强度有所提高，具备作为电煅炉内衬的条件。但是，普通的炭素材料，比如普通炭块(砖)或石墨块(砖)，其电阻率分别为40μ Ω.πι和10μ Ω.πι左右，是电的良导体。在用作电煅炉内衬时，由于普通炭块(砖)或石墨块(砖)的电阻率远远低于电阻料层(炭素颗粒)的电阻率(30000 120000 μ Ω.πι),炉内电流会不走电阻料层，而是从上到下沿普通炭块(砖)或石墨块(砖)内衬流过。此时，由于炉体的总体电阻太小,加热功率上不去；另外,热量在普通炭块(砖)或石墨块(砖)内衬处产生，容易向外散热，使得炉内温度上不去，电煅炉热处理作用失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温、高电阻率的炭砖及其制造方法，用这种炭砖砌筑成电煅炉内衬，可以解决上述电煅炉内衬不能耐高温或者是虽然能够耐高温，但是电阻率太小，以致使得电煅炉不能有效地进行高温均质化处理炭素颗粒原料的问题。实现本发明之目的的技术解决方案是这样的一种炭砖，以炭素骨料和有机粘结剂为原料组成，经配料、干混、湿混、模压成型和焙烧制造而成；原料配比按重量百分比炭素骨料76 84%，有机粘结剂16 24% ;炭素骨料选自炭黑、普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭，其中炭黑在炭素骨料配料中是必须要有的，含量为占炭素骨料总量的10 100% (按重量百分比计)，剩余O 90% (按重量百分比计)的炭素骨料选自普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一种或两种以上的混合物；有机粘结剂选自改质浙青和中温浙青，或者是中温浙青和煤焦油的混合物。由于炭黑通常是粒度极细的粉末，对粘结剂的吸附量很大，在炭砖制造过程中不容易混捏均匀，因此优选相对粒度较粗的半补强炭黑为炭砖的原料。由于炭黑是一种不导电的绝热保温材料，因此，在将占炭素骨料10 100% (按重量百分比计)的炭黑加入到炭砖配料中制造的炭砖，其电阻率为100 1000 μ Ω.ΠΙ。用这种炭砖做电煅炉内衬时，虽然炭砖内衬与电阻料层(即炭素颗粒)相比，电阻率仍旧较小，但由于电煅炉内电阻料层的横截面积远大于炭砖内衬的环形截面积，因此，电流会主要流过电阻料层。电阻料层作为电阻，在电煅炉通电后，通过调整电煅炉输入功率，电阻料层发热，使得电煅炉内温度全部达到2000°C以上，而且炭砖炉衬不会被烧坏，并能起到保温作用。
本发明的优选方案是炭黑的量占炭素骨料总量的30 40%(按重量百分比计)，此时炭砖的电阻率为300 500 μ Ω.πι。如果炭黑的量不足炭素骨料的30% (按重量百分比计)，则所制造炭砖的电阻率会〈300 μ Ω.πι,作为电煅炉内衬时，效果不好；而如果炭黑的量超过炭素骨料的40% (按重量百分比计)，虽然所制造炭砖的电阻率会更高，但是，炭砖生坯在焙烧过程中会出现裂纹，而且更加不容易混捏均匀，制造困难。上述炭素骨料的粒度为炭黑为粉末，而剩余的选自普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一种或两种以上的混合物为粒度8 0_的颗粒料，该颗粒料的粒度分布为(按重量百分比计)8 2mm占30 50%，2 Omm占50 70%。如果有机粘结剂选择中温浙青和煤焦油的的混合物，则其配比为，按重量百分比计中温浙青40 80%,煤焦油20 60%。由于电煅炉内衬是环形的，为了砌筑方便和牢固，炭砖的形状做成梯形或扇形，大小为上边长180 220_，下边长240 280_，高度280 320_，厚度80 120_。当用炭砖砌筑电煅炉内衬时，炭砖的长度就是内衬的厚度。如果内衬的厚度选择不足280mm，则内衬强度不足，容易掉砖；如果内衬厚度超过320mm，则炭砖内衬的电阻太小，不利于使电流流过电阻料层。本发明所述的炭砖的制造方法，包括以下步骤
(1)将炭素骨料按照上述的原料配比和粒度分布进行配料；
(2)将配好的炭素骨料加入混捏锅中进行干混，在10 30分钟内，使炭素骨料的温度达到80 120。。；
(3)将有机粘结剂加热到120 170°C，使其熔化，然后加入到混捏锅中与炭素骨料一起进行湿混，并继续加热，使温度升高到120 170°C，并在此温度下继续湿混30 60分钟，制成糊料出锅；
(4)将出锅的糊料翻搅凉料I 10分钟，糊料温度降低到90 140°C时，将糊料装入钢制模具中，在立式模压机上模压成型同时也可以用其他合适的成型方法，来实施本发明，比如用挤压成型的方法、摩擦制砖的方法等等；
(5)成型后的炭砖生坯装入焙烧炉中，进行焙烧，其焙烧过程可以在环式焙烧炉、倒焰窑等任何合适的炉窑设备中进行，要求炭砖最高处理温度达到800°C以上；
(6)出炉后对炭砖表面进行清理，即得到所要的炭砖。普通的电煅炉内衬是用高铝砖砌筑而成的，不能长时间经受高于1400°C的温度。用本发明所述炭砖能替代高铝砖砌筑电煅炉内衬，形成本发明所述的电煅炉内衬和本发明电煅炉。本发明电煅炉内衬长时间经受2000°C以上的高温，而不会损坏。用本发明电煅炉可以有效地在2000°C以上的高温下均质化处理炭素颗粒原料。本发明电煅炉内衬，其厚度为280 320mm，优选为300 mm。根据上述本发明炭砖的特性，其不仅适合用于电煅炉，也适合用于其他要求耐高温，而且电阻高的炉窑等工业设备上。本发明实施后具有的优点与有益效果是
I、本发明所制造的炭砖，电阻率100 1000 μ Ω.πι，优选方案是300 500 μ Ω.πι，适合用在要求耐高温，而且电阻高的炉窑设备上，为这种特殊需求提供了解决方案。2、用本发明炭砖做内衬的电煅炉，能将炉内炭素颗粒原料均匀的热处理到2000 V以上，能大大地提高炭素颗粒原料的性能。3、用本发明炭砖做内衬的电煅炉，能有效脱出石油焦中的硫元素和氮元素，使硫元素和氮元素的含量降低至300ppm以下，作为高级增碳剂使用。
具体实施例方式本发明结合以下具体实施例做进一步的描述
实施例I :
炭砖及其制造方法，炭砖的原料配比按重量百分比计为炭素骨料占原料总重的80%，其中普煅无烟煤8 2 mm占炭素骨料的25%，普煅无烟煤2 O mm占炭素骨料的40%，其中8 2 mm颗粒和2 O mm颗粒的比例为38% :62%，半补强炭黑占炭素骨料的35% ;粘结剂占原料总重的20%，粘结剂选择中温浙青和煤焦油的混合物，粘结剂配比为中温浙青煤焦油=70% :30%。将普煅无烟煤颗粒和半补强炭黑按比例加入混捏锅中进行干混，干混时间10 15分钟，温度达到90 110°C时加入中温浙青和煤焦油的混合粘结剂，需加热到140 160°C使其熔化后，进行湿混，继续升温至130 150°C，继续湿混30 40分钟，糊料出锅。出锅后的糊料翻搅凉料2 5分钟，糊料温度降低到100 120°C后装入钢制模具中，在立式模压机上热模压成型。成型后的炭砖生坯在焙烧炉中进行焙烧，焙烧出炉后，经过简单清理掉炭砖表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭砖的电阻率为420 μ Ω.πι。实施例2
炭砖及其制造方法，炭砖的原料配比按重量百分比计为炭素骨料占原料总重的84%，其中电煅无烟煤8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的40%，其中8 2 mm颗粒和2 O mm颗粒的比例为43% :57%，半补强炭黑占炭素骨料的30% ;粘结剂占原料总重的16%，粘结剂选择中温浙青和煤焦油的混合物，粘结剂配比为中温煤浙青煤焦油=40% :60%。将电煅无烟煤颗粒、冶金焦颗粒和半补强炭黑按比例加入混捏锅中进行干混，干混时间10 15分钟，温度达到80 100°C时加入中温煤浙青和煤焦油的混合粘结剂，需加热到120 140°C使其熔化后，进行湿混，继续升温至110 130°C，继续湿混30 40分钟，糊料出锅。出锅后的糊料翻搅凉料I 4分钟，糊料温度降低到80 100°C后装入钢制模具中，在立式模压机上热模压成型。成型后的炭砖生坯在焙烧炉中进行焙烧，焙烧出炉后，经过简单清理掉炭砖表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭砖的电阻率为380 μ Ω.ΠΙ。实施例3 炭砖及其制造方法，炭砖的原料配比按重量百分比计为炭素骨料占原料总重的76%，其中木炭8 2 mm占炭素骨料的27%，浙青焦2 O mm占炭素骨料的33%，其中8 2 mm颗粒和2 O mm颗粒的比例为45% :55%，半补强炭黑占炭素骨料的40% ;粘结剂占原料总重的24%，粘结剂选择改质浙青。将木炭颗粒、浙青焦颗粒和半补强炭黑按比例加入混捏锅中进行干混，干混时间15 20分钟，温度达到110 130°C时加入改质浙青，需加热到160 170°C使其熔化后，进行湿混，继续升温至160 170°C，继续湿混30 40分钟，糊料出锅。出锅后的糊料翻搅凉料3 6分钟，糊料温度降低到140 150°C后装入钢制模具中，在立式模压机上热模压成型。成型后的炭砖生坯在焙烧炉中进行焙烧，焙烧出炉后，经过简单清理掉炭砖表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭砖的电阻率为490 μ Ω.πι。实施例4
炭砖及其制造方法，炭砖的原料配比按重量百分比计为炭素骨料占原料总重的79%，其中煅烧石油焦8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的38%，其中8 2mm颗粒和2 O mm颗粒的比例为44% :56%，半补强炭黑占炭素骨料的32% ;粘结剂占原料总重的21%，粘结剂选择中温浙青。将煅烧石油焦颗粒、冶金焦颗粒和半补强炭黑按比例加入混捏锅中进行干混，干混时间15 20分钟，温度达到100 120°C时加入中温浙青，需加热到150 160°C使其熔化后，进行湿混，继续升温至150 160°C，继续湿混30 40分钟，糊料出锅。出锅后的糊料翻搅凉料2 5分钟，糊料温度降低到130 140°C后装入钢制模具中，在立式模压机上热模压成型。成型后的炭砖生坯在焙烧炉中进行焙烧，焙烧出炉后，经过简单清理掉炭砖表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭砖的电阻率为340 μ Ω.πι。实施例5
炭砖及其制造方法，炭砖的原料配比按重量百分比计为炭素骨料占原料总重的76%，其中普煅无烟煤8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的40%，其中8
2mm颗粒和2 O mm颗粒的比例为43% :57%，炭黑占炭素骨料的30% ;粘结剂占原料总重的24%，粘结剂选择中温浙青和煤焦油的混合物，粘结剂配比为中温浙青煤焦油=40% :60%。将普煅无烟煤颗粒、冶金焦颗粒和炭黑按比例加入混捏锅中进行干混，干混时间10 15分钟，温度达到80 100°C时加入混合粘结剂，需加热到120 140°C使其熔化后，进行湿混，继续升温至120 140°C，继续湿混30 40分钟，糊料出锅。出锅后的糊料翻搅凉料I 3分钟，糊料温度降低到loo iio°c后装入钢制模具中，在立式模压机上热模压成型。成型后的炭砖生坯在焙烧炉中进行焙烧，焙烧出炉后，经过简单清理掉炭砖表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭砖的电阻率为305 μ Ω.ΠΙ。实施例6
所述炭砖的形状为梯形或扇形，其上边长为180 220mm，下边长240 280mm，高度为280 320mm,厚度为80 120mm。本实施例采用实施例I 5所述方法制造的炭砖,成型尺寸选择一端宽度200mm,另一端宽度265mm,长度300mm,厚度100mm。用该炭砖砌筑电煅炉内衬，内衬厚度300mm。以上实施例中所用到的原材料，全部是在市场上采购得到的，是普通的原材料，没有特殊要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种炭砖，以炭素骨料和有机粘结剂为原料组成，其特征在于，所述炭素骨料包含有炭黑或半补强炭黑，按重量百分比计炭黑或半补强炭黑在炭素骨料中所占比例为3(Γ40%。
2.根据权利要求I所述的一种炭砖，其特征在于，所述炭素骨料和有机粘结剂的配比为，按重量百分比计炭素骨料76 84%，有机粘结剂16 24%。
3.根据权利要求I所述的一种炭砖，其特征在于，优选地，所述炭素骨料包含有按重量百分比计30 40%的炭黑，其剩余量为选自普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一种或两种以上的混合物，炭砖的电阻率为300 500 μ Ω.π ο
4.根据权利要求3所述的一种炭砖，其特征在于，所述炭黑为粉末，选自普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、冶金焦和木炭中的一种或两种以上的粒度8 0_的颗粒料形成混合物；该颗粒料的粒度分布，按重量百分比计8 2mm占混合物的30 50%, 2 Omm占混合物50 70%。
5.根据权利要求I所述的一种炭砖，其特征在于，所述有机粘结剂为中温浙青和煤焦油的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种炭砖，其特征在于，所述中温浙青和煤焦油的配比，按重量百分比计中温浙青40 80%,煤焦油20 60%。
7.根据权利要求I 6中任意一项权利要求所述的一种炭砖，其特征在于，所述炭砖的形状为梯形或扇形，其上边长为180 220mm，下边长240 280mm，高度为280 320mm，厚度为80 120mm。
8.—种炭砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将炭素骨料按照原料配比和粒度分布进行配料； (2)将配好的炭素骨料加入混捏锅中进行干混，在10 30分钟内，使炭素骨料的温度达到80 120。。； (3)将有机粘结剂加热到120 170°C，使其熔化，然后加入到混捏锅中与炭素骨料一起进行湿混，并继续加热，使温度升高到120 170°C，并在此温度下继续湿混30 60分钟，糊料出锅； (4)将出锅的糊料翻搅凉料I 10分钟，糊料温度降低到90 140°C时，将糊料装入模具中，在立式模压机上模压成型； (5)成型后的炭砖生坯装入焙烧炉中，进行焙烧； (6)出炉后对炭砖表面进行清理。
9.一种炭砖的应用，其特征在于，所述电煅炉内衬是用权利要求I所述炭砖砌筑而成的。
10.根据权利要求9所述的一种炭砖的应用，其特征在于，所述电煅炉内衬的厚度为·280 320mm。
全文摘要
一种炭砖及其制造方法与应用，涉及冶金工程材料非金属炭素材料领域。炭砖是以炭素骨料和有机粘结剂为原料组成，其配比为，按重量百分比炭素骨料76～84%，有机粘结剂16～24%；所述炭素骨料中含有10～100%(重量百分比)的炭黑；炭砖的电阻率100～1000μΩ.m；经配料、干混、湿混、成型和焙烧工序而成；由于在配料中使用了炭黑，电阻率较高，适合用在要求耐高温且电阻高的炉窑设备上；用本发明炭砖做内衬的电煅炉，能将炉内炭素颗粒原料均匀的热处理到2000℃以上，能极大地提高炭素颗粒原料的性能；能有效脱出石油焦中的硫元素和氮元素，使硫元素和氮元素的含量降低至300ppm以下，作为高级增碳剂使用。
文档编号C04B35/66GK102924103SQ201210477689
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者马历乔, 杨栋梁, 张军华 申请人:四川广汉士达炭素股份有限公司