[发明专利]一种高炉炉底炉缸用炭块及其制造方法

说明书

本发明涉及耐火材料的技术领域，特别是涉及一种高炉炉底炉缸用炭块及其制造方法，由骨料和酚醛树脂粘结剂两部分组成，按照重量计，骨料100份，酚醛树脂粘结剂13‑20份；骨料包含炭质骨料和非炭质添加剂两部分，按照重量计，上述100份骨料中，炭质骨料68‑90份，非炭质添加剂10‑32份；其中炭质骨料包含电煅无烟煤和人造石墨两部分，按照重量计，电煅无烟煤占70‑90％，人造石墨占10‑30％。

技术领域

本发明涉及耐火材料的技术领域，特别是涉及一种高炉炉底炉缸 用炭块及其制造方法。

背景技术

炭质材料因具有热膨胀系数低、高温强度高、高温下体积稳定、 耐各种介质侵蚀以及优良的导热性能等特点广泛地用作炼铁高炉、铁 合金电炉、工业硅电炉等高温炉的内衬材料。用于炼铁高炉炉底、炉 缸的炭质炉衬，由于难以进行热工况下的二次修补，其性能决定着高 炉一代炉役的寿命长短。随着高炉大型化和冶炼技术的进步，高风温、 高顶压、富氧鼓风、燃料喷吹等强化冶炼措施使高炉的日产量大幅提 高。现代大型高炉有效容积大于2000m³，单位炉容日产铁水2.0～2.5 吨，要求在15～20年的一代炉役期间能始终维持安全、高效、节能 的生产。因此，对用作高炉最关键部位——炉底、炉缸内衬的炭质耐 火材料的性能提出了越来越高的要求。

通过对高炉衬砖侵蚀机理的分析，行业内一致认为，炭质炉衬除 了应具备常规炭素制品所具有的高体积密度、高强度、低气孔率等性 能外，还应具备适应炼铁高炉特殊要求的所谓“使用性能”，例如优 良的抗碱侵蚀性能、导热性能、抗氧化性能、抗铁水溶蚀性能、抗铁 水渗透性能、抗热冲击性能和抗渣性能，以及合适的微气孔结构等等。 目前，超微孔化、高导热、耐侵蚀是炭质炉衬开发的方向。

一般情况下，炭质耐火材料的制造方法是：将煤沥青、酚醛树脂 等这一类有机粘结剂加入到像煅烧无烟煤、焦炭、人造石墨、鳞片石 墨、土状石墨等炭质骨料中，经混捏、振动成型(挤压成型或模压成 型)，然后在焦粉中于1200℃左右温度焙烧而成。如果使用煤沥青做 粘结剂，混捏过程要在高于煤沥青软化点50-70℃的条件下进行。

研究及实验表明，炭块孔径小于1μm时，铁水就难以渗入炭块 中，因而微孔化的炭块平均孔径应小于1μm，甚至更低。目前国内 外通常的微孔化方法是，将适量的金属硅粉加入到炭块配料中，硅在 1150℃以上的温度下熔化、气化，向炭块中的裂纹、空隙中渗透、扩散、再分布，与碳反应生成β-SiC。所形成的β-SiC填充裂纹和气 孔，并在气孔壁上沉积，起到明显的填充气孔、减小气孔孔径和降低 透气度的作用。另一方面，由于金属硅粉在炭块焙烧时能够使粘结剂 改性，提高粘结剂的结焦值，使炭块的机械性能也得到提高。

为了提高高炉炉底炉缸内衬材料的耐铁水溶蚀性，炭块骨料主体 主要使用结构致密的电煅烧无烟煤，并在配料中加入陶瓷相，诸如氧 化铝、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化锆、氧化镁、氧化钛等等。

实践证明，高炉炉底、炉缸内衬寿命取决于1150℃等温线的位 置，采用导热率高的微孔或超微孔炭块，能降低内衬温度，增大铁水 粘度，从而有效减缓铁水对内衬的侵蚀速度，延长高炉的寿命。一般 来说炭块的导热系数大于15W/(m.K)，则炭不会存在因热应力而遭破 坏的问题。过去由于高炉所使用的普通炭块的导热系数很低，一般都 小于10W/(m.K)，所以容易因热应力作用而产生环裂。导热系数与 原材料种类、制品密实度、气孔结构、不同性质材料的分布结构等诸 多因素相关。提高无烟煤的热处理温度使其部分石墨化、合理的粒度 组成、适量的粘结剂、焙烧过程的控制是提高炭质炉衬导热系数的有 效途径。另外，加入较多的石墨(人造石墨或天然石墨)会使炭块的 导热系数显著提高，但添加鳞片石墨、人造石墨会引起炭块强度等性 能下降。特别地，人造石墨本身属于多孔型炭材料，其抗铁水溶蚀能 力显著低于电煅烧无烟煤；另外，加入鳞片石墨的炭块，在焙烧过程中容易产生分层裂纹，影响产品合格率，会提高产品工序成本。