增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖及制备方法与流程

本发明涉及耐火材料，具体是涉及增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖及制备方法。

背景技术：

1、焦炉是将煤加热到950℃～1100℃后，干馏制得焦炭及化工产品的一种使用寿命长、结构复杂并可连续生产的热工设备，主要由炭化室、燃烧室、炉顶、斜道、蓄热室及小烟道等部分组成。焦炉炉门主要作用是将炭化室闭合使其成为一个密封的空间供炼焦使用。在设计焦炉炉门衬砖时，既要考虑保温性能，又要考虑其衬砖的结构强度。

2、硅砖高温性能稳定，荷重软化温度高且接近耐火度，热导率大，高温蠕变率低，耐腐蚀性能优异，是非常理想的耐高温材料。因此，硅砖被广泛应用于焦炉、热风炉、玻璃窑、隧道窑的拱顶，各种窑炉的架子砖。但是硅砖保温性能较差，若将硅砖作为焦炉炉门砖会导致焦炉燃烧室升温速度慢，热量损失严重。因此，现提出一种增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖及制备方法。

2、本发明的技术方案是：增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，所述炉门砖的原料按重量份数计包括：硅石70～85份、复合矿化剂1～5份、结合剂3～8份、添加剂2～6份；

3、所述硅石按质量百分比计包括：硅石骨料50～70％、硅石粗粉10～20％，余下为硅石细粉，其中硅石骨料的粒径在1～4.5mm，硅石粗粉的粒径在340～500μm，硅石细粉的粒径在5～20μm；

4、所述复合矿化剂按照重量份数计包括：萤石粉0.35～1.60份、铁磷0.03～0.35份、氯化钙0.55～1.90份、海藻酸钠0.04～0.80份、纳米二氧化硅0.03～0.35份。

5、说明：上述成分的炉门砖通过多种粒径的硅石颗粒混合，使炉门砖内部组织均匀，通过矿化剂促进了内部石英晶体的转化，并使砖体内部生成细密且均匀的孔隙，使最终得到的炉门砖保温性能好、强度高且耐腐蚀性能优异。

6、进一步地，所述结合剂为亚硫酸纸废浆液，比重为1.18～1.28g/ml。

7、说明：上述结合剂可有效提高炉门砖的强度和硬度，并提高炉门砖的耐高温性能。

8、进一步地，所述添加剂为碳化硅或氮化硅中的任意一种或多种按任意比组成的混合物。

9、说明：上述成分的添加剂具有良好的高温性能，能够促进炉门砖的烧结作用，提高炉门砖致密度。

10、进一步地，所述复合矿化剂的制备方法为：

11、s1：将纳米二氧化硅添加至去离子水中，超声分散5～8min，得到质量浓度为5～8％的纳米二氧化硅分散液；

12、s2：将海藻酸钠加入去离子水中配制成质量浓度5％的海藻酸钠胶液，随后将海藻酸钠胶液稀释10～20倍，得到海藻酸钠稀释液；

13、s3：采用行星球磨机将萤石粉、铁磷与氯化钙均匀混合，得到混合粉末；

14、s4：对海藻酸钠稀释液进行搅拌，并使海藻酸钠稀释液的温度在高温与低温之间进行冷热循环，所述高温为30～40℃，所述低温为0～6℃，在冷热循环过程中，当海藻酸钠稀释液温度上升至高温时，向海藻酸钠稀释液中加入一次纳米二氧化硅分散液，当海藻酸钠稀释液温度下降至10～15℃时，向海藻酸钠稀释液中加入一次混合粉末；纳米二氧化硅分散液的单次添加量占其总量的15～25％；混合粉末的单次添加量占其重量的20～30％，直至纳米二氧化硅分散液与混合粉末全部添加至海藻酸钠稀释液中，得到混合液；

15、s5：对混合液中的固体颗粒依次进行过滤、粉粹、干燥后得到复合矿化剂。

16、说明：上述复合矿化剂通过海藻酸钠与氯化钙生成海藻酸钙，海藻酸钙会与纳米二氧化硅结合成为二氧化硅杂化海藻酸钙，并通过冷热循环来促进海藻酸钙生成，通过二氧化硅杂化海藻酸钙与其它成分共同作用，促进了烧结时石英晶体向鳞石英的转化，减少残余石英含量，使炉门砖烧结后内部出现细密且均匀的孔隙，提高了炉门砖的保温性能。

17、进一步地，步骤s3中，所述行星球磨机的球料比为1～3：1，球磨时间10～25min。

18、说明：限定球料比与球磨时间可保证萤石粉、铁磷与氯化钙均匀混合。

19、进一步地，步骤s4中，所述冷热循环时的温度变化速率为3～6℃/min。

20、说明：限定冷热循环时的温度变化速率可保证海藻酸钠与氯化钙反应的稳定性，使海藻酸钠能够充分反应。

21、进一步地，步骤s5中，所述固体颗粒粉粹后粒径≤125μm。

22、说明：限定粉粹后的固体颗粒粒径可保证矿化剂能够与其他原料均匀混合，炉门砖内应力集中。

23、另一方面，本发明提供了一种上述炉门砖的制备方法，包括以下步骤：

24、步骤1：将硅石骨料、硅石粗粉以及硅石细粉依次加入湿碾机中，干混3～5min后，向湿碾机中加入添加剂与复合矿化剂，随后加入结合剂混合10～15min，混合完成后得到泥料；

25、步骤2：采用压力机将泥料压制成砖坯，随后将砖坯在220～240℃下干燥20～22h，得到干燥后的砖坯；

26、步骤3：将干燥后的砖坯放入隧道窑中，并升温至1380～1480℃进行烧制，烧制时间82～85h，烧制完成后得到炉门砖。

27、说明：通过上述制备方法制备的炉门砖，组织均匀，内部缺陷较少，成品率高，且炉门砖具备较好的耐高温性能与耐腐蚀性能。

28、进一步地，步骤3中，所述升温过程为：先以20～25℃/h的升温速度上升至700～750℃，然后以15～20℃/h的升温速度上升至1000～1100℃，随后以5～10℃/h的升温速度上升至1250～1300℃，保温1～2h后，以2～5℃/h的升温速度上升至1380～1480℃。

29、说明：上述升温方式可以保证升温速度，提高生产效率，同时避免炉门砖烧制时因为内部体积膨胀过快而产生裂纹。

30、本发明的有益效果是：

31、(1)本发明的炉门砖通过多种粒径的硅石颗粒混合，使炉门砖内部组织均匀，通过矿化剂促进了内部石英晶体的转化，并使砖体内部生成细密且均匀的孔隙，使最终得到的炉门砖保温性能好、强度高且耐腐蚀性能优异。

32、(2)本发明的复合矿化剂通过海藻酸钠与氯化钙生成海藻酸钙，海藻酸钙会与纳米二氧化硅结合成为二氧化硅杂化海藻酸钙，并通过冷热循环来促进海藻酸钙生成，通过二氧化硅杂化海藻酸钙与其它成分共同作用，促进了烧结时石英晶体向鳞石英的转化，减少残余石英含量，使炉门砖烧结后内部出现细密且均匀的孔隙，提高了炉门砖的保温性能。

技术特征：

1.增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，所述炉门砖的原料按重量份数计包括：硅石70～85份、复合矿化剂1～5份、结合剂3～8份、添加剂2～6份；

2.根据权利要求1所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，所述结合剂为亚硫酸纸废浆液，比重为1.18～1.28g/ml。

3.根据权利要求1所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，所述添加剂为碳化硅或氮化硅中的任意一种或多种按任意比组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，所述复合矿化剂的制备方法为：

5.根据权利要求4所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，步骤s3中，所述行星球磨机的球料比为1～3：1，球磨时间10～25min。

6.根据权利要求4所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，步骤s4中，所述冷热循环时的温度变化速率为3～6℃/min。

7.根据权利要求4所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖，其特征在于，步骤s5中，所述固体颗粒粉粹后粒径≤125μm。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的炉门砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述升温过程为：先以20～25℃/h的升温速度上升至700～750℃，然后以15～20℃/h的升温速度上升至1000～1100℃，随后以5～10℃/h的升温速度上升至1250～1300℃，保温1～2h后，以2～5℃/h的升温速度上升至1380～1480℃。

技术总结
本发明公开了增强保温和抗腐蚀性能的节能型焦炉炉门砖及制备方法，炉门砖的原料按重量份数计包括：硅石70～85份、复合矿化剂1～5份、结合剂3～8份、添加剂2～6份；硅石按质量百分比计包括：硅石骨料50～70％、硅石粗粉10～20％，余下为硅石细粉，其中硅石骨料的粒径在1～4.5mm，硅石粗粉的粒径在340～500μm，硅石细粉的粒径在5～20μm；复合矿化剂按照重量份数计包括：萤石粉0.35～1.60份、铁磷0.03～0.35份、氯化钙0.55～1.90份、海藻酸钠0.04～0.80份、纳米二氧化硅0.03～0.35份。本发明通过多种粒径的硅石颗粒混合，使炉门砖内部组织均匀，通过矿化剂促进了内部石英晶体的转化，并使砖体内部生成细密且均匀的孔隙，增强了保温性能，且耐腐蚀性能优异。

技术研发人员：钱晶,钱志明,张军杰,柏莹莹,蔡云
受保护的技术使用者：江苏诺明高温材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25