[发明专利]一种高导热耐侵蚀高炉自护炭砖及制备方法

说明书

一种高导热耐侵蚀高炉自护炭砖，其原料组成及wt%含量：石墨化无烟煤70～79%，金属硅粉8～12%，Al₂O₃粉6～10%，含钛不低于35%的物料4～8%，碳化硅粉3～7%，外加8～14%热固性酚醛树脂；步骤：将石墨化无烟煤粉粹并筛分；将各级粒度石墨化无烟煤、金属硅粉、Al₂O₃粉、含钛不低于35wt%的物料、碳化硅粉按照粒度要求及含量要求混合均匀；加入热固性酚醛树脂并搅拌均匀；机械成型；焙烧；保温；机械加工。本发明高炉炭砖导热系数由16W/mK提高到不低于25W/mK，平均孔径1μm；由于在炭砖中加入含钛物料，在原位形成了Ti(C,N)，起到高炉末期钒钛矿护炉作用，保护了高炉炭砖，延长高炉寿命，并且制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种高炉炉衬耐火材料，具体说是一种高导热耐侵蚀高炉自护炭砖及其制备方法。

背景技术

随着高炉冶炼强度的不断提高，炉缸炉底炭砖的侵蚀加速，己成为影响高炉生产和寿命的关键因素。

从砖衬侵蚀原因分析，强化冷却，降低砖衬温度对多种侵蚀原因都有缓解作用。例如碱金属的富集温度是900～1200℃，如果将砖衬温度降低到900℃以下，碱金属就侵蚀不了砖衬。炉渣、铁水的侵蚀也都是随着温度降低侵蚀速度降低，提高导热系数是降低砖衬温度，减少砖衬侵蚀最有效的途径之一。

结果表明，炉缸、炉底炭砖侵蚀最严重的部位是铁口中心线以下的圆周侧墙和炉底炭砖，其侵蚀原因是铁水溶蚀、铁水渗透侵蚀及铁水流动的机械磨损，炉缸侧墙的炭砖还有炉缸上部延伸下来的环缝侵蚀带，其主要原因是碱金属、氧化和热应力。因此提高高炉炭砖耐侵蚀性，也是减少砖衬侵蚀最有效的途径之一。

在高炉炉役后期，高炉炉衬会产生严重侵蚀现象。人们为确保高炉安全操作，往往要采用钒钛矿对高炉进行护炉操作。这种方式的护炉，由于该护炉层中的Ti(C,N)很容易与渣铁粘附，并随铁滴下落而进入风口区，其中少部分Ti(C,N)会悬浮在渣铁界面与金属铁和炉渣等形成多相物质。这种多项物质由于结构致密，硬度大，熔点较高，其随着放渣出铁，液面下降而与炉衬接触并粘附在砖衬上。而铁水中固溶的Ti(C,N)在靠近炉墙的时候温度将下降，Ti(C,N)可以析出，也在砖衬上沉积，就这样逐渐形成了沉积物层。其虽然能起到保护炉缸炉底砖衬的作用，但导致高炉操作复杂，产量降低，成本增加等问题，是保护高炉炭砖不得已采取的措施。

众所周知，炭砖的使用寿命决定着高炉的炉役长短。为保证高炉长寿，通常将导热系数、＜1μm孔容积率、抗碱性、抗氧化性及铁水溶蚀指数等作为炭砖的关键性能指标。提高炭砖的导热能力，不仅可以缓解烘炉和投产初期温差应力对炉缸砌体的破坏，而且有利于在炭砖热面形成一层渣铁壳，阻止铁水和渣对炭砖的侵蚀。有研究表明，在铁水温度为1500℃和压力为0.66MPa的条件下，铁水能够渗入孔径1μm以上的微孔中，故减小炭砖气孔直径和提高炭砖的微孔化程度将有利于缓解铁水的渗透，避免炭砖出现脆化层，延长炭砖寿命。炭砖直接与铁水相接触，在铁水中的溶蚀指数越低越好。因此，高导热、抗侵蚀是高炉用炭砖的主要发展方向。

目前，高炉炭砖一般采用电锻无烟煤为主要原料，添加金属硅粉，Al2O3粉，以沥青为结合剂。由于电煅烧无烟煤是一种低石墨化碳且自身多孔，因此电煅煤基炭砖的导热系数差。为提高电锻煤基炭砖的导热系数，国内外大多数研究者都采用添加高导热石墨物质，在炭砖的制备过程中添加超过30wt％的石墨物质，在一定程度上虽提高了炭砖的导热系数，但在高炉的实际生产环境条件下，这些石墨物质极易向铁水中溶解，从而在炭砖中留下孔洞，为铁水的渗透提供了通道，进而导致炭砖形成脆化层，在铁水的冲刷作用下造成炭砖结构性剥落；再高炉炭砖结合剂目前一般为沥青，沥青加入量大，生产过程中(混捏、成型、焙烧)烟气大，对环境有污染。

发明内容