一种碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块及其制备方法与流程

本发明涉及炭素焙烧炉技术领域，具体地说涉及一种碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块及其制备方法。

背景技术：

火道墙拉砖是碳素焙烧炉火道墙的关键组成部分，其质量的好坏直接影响火道墙的寿命，故火道墙拉砖的使用寿命越来越受到重视。

火道墙拉砖通常采用荷重软化温度高、高温蠕变率低的烧成高铝砖材料，烧成温度通常在1400~1500℃左右，然而生产每吨烧成高铝砖需消耗天然气90~100m³或350Kg煤，排放900Kg CO₂ ，造成极大的能源浪费和环境污染，这与现代高温工业发展的趋势是不相符的。同时，在焙烧炉正常工作中，焙烧炉火道墙拉砖除要有荷重软化温度高、高温蠕变率低的性能外，还要面临着冷热交替的温度变化和硫化物等酸性高温气体的渗透及侵蚀等苛刻环境，火道墙拉砖逐渐会出现裂纹、变形，致使火道墙下陷、向内凹陷等变化，影响焙烧炉的正常升温，阳极炭块的质量也会产生波动。为进一步提升火道墙拉砖的性能，部分企业尝试采用低水泥钢纤维浇注料预制成型火道墙拉砖来提高其抗热震稳定性，但在耐侵蚀方面效果仍不理想，在上述工作环境中很快被腐蚀，材料使用寿命有限。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块及其制备方法，其高温蠕变率、荷重软化温度等性能达到烧成拉砖的水平，其强度、抗热震稳定性和抗硫化物侵蚀等性能方面明显优于烧成拉砖。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块，所述碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块由混合料和外加剂经混合、加水搅拌、浇注成型、养护、烘烤而成；所述混合料由60~80wt%的高铝矾土熟料、5~20wt%的碳化硅、3~10wt%的硅灰、3~10wt%的氧化铝粉、3~10wt%的蓝晶石细粉、3~10wt%的纯铝酸钙水泥、3~10wt%的金属硅粉组成，所述外加剂与混合料的质量比为100：0.2~2。

作为对上述技术方案的改进，所述的高铝矾土熟料中的Al₂O₃≥75wt%，高铝矾土熟料的粒径＜8mm。

作为对上述技术方案的改进，所述的碳化硅中的SiC≥97wt%；碳化硅的粒径＜1mm。

作为对上述技术方案的改进，所述的硅微粉SiO₂≥92wt%；硅微粉的粒径＜0.005μm。

作为对上述技术方案的改进，所述的氧化铝粉Al₂O₃≥99wt%；氧化铝粉的粒径＜44μm。

作为对上述技术方案的改进，所述的蓝晶石细粉Al₂O₃≥53wt%；蓝晶石细粉的粒径＜0.074mm。

作为对上述技术方案的改进，所述的纯铝酸钙水泥Al₂O₃≥70wt%，纯铝酸钙水泥的粒径＜44μm。

作为对上述技术方案的改进，所述的金属硅粉Si≥97wt%；金属硅粉的粒径＜0.074mm。

作为对上述技术方案的改进，所述外加剂为水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠、木质素磺酸钠中的一种或几种。

本发明并提供了上述碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块的制备方法，该制备方法的工艺步骤为：

（1）、选取高铝矾土熟料、碳化硅、硅灰、氧化铝粉、蓝晶石细粉、纯铝酸钙水泥、金属硅粉做原料，选取水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠、木质素磺酸钠中的一种做外加剂；

（2）、将上述混合料与外加剂混合，加水搅拌均匀，得到粘稠料；

（3）、将加水搅拌均匀的粘稠料加入到模具内，用浇注振动成型方法分块成型；

（4）、自然养护24~48h；

（5）、在110℃~300℃条件下烘烤24~48h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明工艺简单，经配料、加水、搅拌、浇注、烘烤后即可使用，减少了烧成砖繁琐的加工工序，同时本发明的拉砖无需高温烧成，在焙烧炉焙烧过程中利用其温度通过结合剂、超细粉和优良的外加剂自行完成烧结，节约了资源、保护了环境。在浇注成型过程中，硅微粉和氧化铝粉、蓝晶石细粉充分填充了浇注料内部气孔，降低了气孔率；在预制块烘烤过程中外加剂水溶性防爆纤维会融化在浇注料内部留下细微的毛细孔通道，有利于及时排出水分，避免出现裂纹、断裂；工作条件下金属硅粉会转成SiO₂或SiO蒸汽并封闭预制块表面的绝大部分气孔，大幅度提高硫化物腐蚀程度，使预制块显著的阻隔硫化物等有害物质对浇注料本体的渗透及侵蚀，也从而提升火道墙拉砖的抗侵蚀能力；更重要的是在焙烧炉工作条件中结合剂、超细粉和外加剂完成烧结，大大提高了中、高温强度。

所制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块AL₂O₃：60~70%；常温耐压：100~130MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h):≥8~12MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥45~55；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1550~1610℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h):0.295~0.3。

本发明具有生产成本低，工艺简单，节约资源和保护环境的特点，高温蠕变率、荷重软化温度等性能达到烧成拉砖的水平，强度、抗热震稳定性和抗硫化物侵蚀等性能方面明显优于烧成拉砖的特点。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步地说明。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料的粒径统一描述如下，在实施例中不再赘述。

高铝矾土熟料中的Al₂O₃≥75wt%，高铝矾土熟料的粒径＜8mm；碳化硅中的SiC≥97wt%，碳化硅的粒径＜1mm；SiO₂≥92wt%，硅微粉的粒径＜0.005μm；；氧化铝粉Al₂O₃≥99wt%，氧化铝粉的粒径＜44μm；蓝晶石细粉Al₂O₃≥53wt%，蓝晶石细粉的粒径＜0.074mm；纯铝酸钙水泥Al₂O₃≥70wt%，纯铝酸钙水泥的粒径＜44μm；金属硅粉Si≥97wt%，金属硅粉的粒径＜0.074mm。

实施例1：

以70~80wt%的高铝矾土熟料、3~8wt%的碳化硅、3~10wt%的硅灰、3~5wt%的氧化铝粉、3~10wt%的蓝晶石细粉、3~5wt%的纯铝酸钙水泥和3~8wt%的金属硅粉为原料，再外加0.1 wt%防爆纤维、0.2 wt%的三聚磷酸钠做外加剂，混合均匀、加水搅拌，放入模具内，用浇注振动成型方法分块成型，经自然养护24h后，最后在110℃~300℃条件下烘烤24h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本实施例1制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃：65~70%；常温耐压：110~130MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h)：≥10~12MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥45~48；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1600~1610℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.295~0.0.298。

实施例2：

以65~75wt%的高铝矾土熟料、10~15wt%的碳化硅、3~5wt%的硅灰、5~10wt%的氧化铝粉、5~8wt%的蓝晶石细粉、4~8wt%的纯铝酸钙水泥和3~5wt%的金属硅粉为原料，再外加0.1 wt%防爆纤维、0.2 wt%的六偏磷酸钠做外加剂，混合均匀、加水搅拌，放入模具内，用浇注振动成型方法分块成型，经自然养护36h后，最后在110℃~300℃条件下烘烤24h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本实施例2制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃ ：60~65%；常温耐压：100~120MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h):≥8~10MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥45~50；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1580~1600℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.297~0.3。

实施例三：

以60~70wt%的高铝矾土熟料、10~20wt%的碳化硅、3~5wt%的硅灰、3~8wt%的氧化铝粉、5~10wt%的蓝晶石细粉、5~10wt%的纯铝酸钙水泥和4~6wt%的金属硅粉为原料，再外加0.1 wt%防爆纤维、0.2 wt%的柠檬酸钠做外加剂，混合均匀、加水搅拌，放入模具内，用浇注振动成型方法分块成型，经自然养护36h后，最后在110℃~300℃条件下烘烤48h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本实施例3制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃：60~65%；常温耐压：100~125MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h)：≥9~11MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥50~55；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1580~1610℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.297~0.3。

实施例四：

以65~70wt%的高铝矾土熟料、5~10wt%的碳化硅、3~5wt%的硅灰、5~8wt%的氧化铝粉、5~10wt%的蓝晶石细粉、8~10wt%的纯铝酸钙水泥和5~7wt%的金属硅粉为原料，再外加0.1 wt%防爆纤维、0.2 wt%的柠檬酸钠、0.15 wt%的木质素磺酸钠做外加剂，混合均匀、加水搅拌，放入模具内，用浇注振动成型方法分块成型，经自然养护48h后，最后在110℃~300℃条件下烘烤48h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本实施例4制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃ ：60~65%；常温耐压：100~115MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h)：≥8~9MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥48~52；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1560~1600℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.296~0.3。

实施例五：

以75~80wt%的高铝矾土熟料、5~10wt%的碳化硅、3~10wt%的硅灰、5~10wt%的氧化铝粉、5~10wt%的蓝晶石细粉、5~8wt%的纯铝酸钙水泥和3~6wt%的金属硅粉为原料，再外加0.1 wt%防爆纤维、0.1 wt%的柠檬酸钠、0.1 wt%的三聚磷酸钠、0.15 wt%的木质素磺酸钠做外加剂，混合均匀、加水搅拌，放入模具内，用浇注振动成型方法分块成型，经自然养护36h后，最后在110℃~300℃条件下烘烤36h，即得碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块。

本实施例5制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃：65~70%；常温耐压：115~125MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h)：≥9~12MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥46~48；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1600~1610℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.297~0.3。

本具体实施方式所用的生产工艺简单，经配料、加水、搅拌、浇注、烘烤后即可使用，减少了烧成砖繁琐的加工工序，同时本发明的拉砖无需高温烧成，在焙烧炉焙烧过程中利用其温度通过结合剂、超细粉和优良的外加剂自行完成烧结，节约了资源、保护了环境。在浇注成型过程中，硅微粉和氧化铝粉、蓝晶石细粉充分填充了浇注料内部气孔，降低了气孔率；在预制块烘烤过程中外加剂水溶性防爆纤维会融化在浇注料内部留下细微的毛细孔通道，有利于及时排出水分，避免出现裂纹、断裂；工作条件下金属硅粉会转成SiO₂或SiO蒸汽并封闭预制块表面的绝大部分气孔，大幅度提高硫化物腐蚀程度，使预制块显著的阻隔硫化物等有害物质对浇注料本体的渗透及侵蚀，也从而提升火道墙拉砖的抗侵蚀能力；更重要的是在焙烧炉工作条件中结合剂、超细粉和外加剂完成烧结，大大提高了中、高温强度。

所制得的碳素焙烧炉火道墙拉砖预制块Al₂O₃：60~70%；常温耐压：100~130MPa；高温抗折强度(1350℃×0.5h)：≥8~12MPa；抗热震稳定性（1100℃水冷，次）：≥45~55；1100℃×3h耐酸侵蚀：无明显侵蚀和渗透；荷重软化温度(0.2MPa×0.6%)：1550~1610℃；高温蠕变率(0.2MPa，1280℃，28h)：0.295~0.3。

本发明具有生产成本低，工艺简单，节约资源和保护环境的特点，高温蠕变率、荷重软化温度等性能达到烧成拉砖的水平，强度、抗热震稳定性和抗硫化物侵蚀等性能方面明显优于烧成拉砖的特点。其性能参数对比如下表：