[发明专利]一种基于环保型结合剂的超微孔炭砖及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于环保型结合剂的超微孔炭砖及其制备方法。其技术方案是：将催化剂溶液、单质硅粉、活性碳源和含铝添加剂混合，干燥，粉磨，得粉磨料；将粉磨料、天然石墨和电煅无烟煤粉混合，得混合料II；将结合剂溶液加入到电煅无烟煤颗粒中混碾，再加入混合料II，混碾，装入模具，密封，置入冷等静压机：先以不同的速率依次升压至30～50MPa、60～80MPa、90～110MPa、120～140MPa和150～200MPa，保压；再以不同的速率依次降压至120～140MPa、90～110MPa、60～80MPa、30～50MPa、2MPa，卸载，干燥，1200～1500℃烧成，制得基于环保型结合剂的超微孔炭砖。本发明所制制品力学强度高、显气孔率低、孔径尺寸小、抗铁水溶蚀能力强等特点。

技术领域

本发明属于超微孔炭砖技术领域。具体涉及一种基于环保型结合剂的超微孔炭砖及其制备方法。

背景技术

高炉、炉缸炉底是高炉中负荷最严重的区域之一，超微孔炭砖作为高炉、炉缸炉底用材料受侵蚀严重，开发性能优异的超微孔炭砖已成为本领域技术人员关注的重点之一。超微孔炭砖通常以电煅无烟煤、石墨和硅粉等为主要原料，以沥青为结合剂，经高温焙烧制成。超微孔炭砖用结合剂低温下固化产生强度，高温下碳化产生碳结合，并与添加剂反应形成网状结构的三维非氧化物耐高温结合相，亦增强材料基质，超微孔炭砖用结合剂受到科技人员的关注。

“一种超微孔炭砖用沥青结合剂及其制备方法”(CN104326756A)专利技术，虽制得以沥青为结合剂，但是沥青在受热过程中产生刺鼻气味，释放出多种芳香烃类有毒有害物质，生产过程中危害人体健康，污染环境。“一种高导热耐侵蚀高炉自护炭砖及制备方法”(CN112028653A)专利技术，该技术以热固性酚醛树脂为结合剂，仍然对环境和人体有一定危害，同时残炭率较低，不利于炭砖显气孔率的降低和强度的提升。

成型工艺也是影响超微孔炭砖显微结构及性能指标的主要因素之一，高炉用超微孔炭砖通常采用振动成型或模压成型等方法。“一种高炉用碳砖及其制备方法”(CN107266096A)专利技术，采用的振动成型使得材料在成型过程中内部大颗粒下沉和小颗粒上浮，易出现分层现象，导致密度和孔隙出现严重分布不均。“一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法”(CN108002854A)专利技术，采用两种成型方法中一种，振动成型同样会出现上述问题，而模压成型会引起大块超微孔炭砖密度和应力应变分布不均匀，易出现分层现象，影响结构完整性，降低材料的使用性能，与等静压成型相比，达到同等生坯密度所需成型压力过高。

现有的超微孔炭砖采用的振动成型和模压成型对结合剂需求量过大，高温焙烧产生较多孔隙，导致焙烧后的常温强度较低、显气孔率高、孔径尺寸大、导热系数降低、抗氧化性差，增大碱蒸汽、水蒸汽等对超微孔炭砖的侵蚀和铁水对超微孔炭砖的溶解侵蚀。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种结合剂使用量低、生产过程中对人体无害和不污染环境的基于环保型结合剂的超微孔炭砖的制备方法；采用该方法制备的基于环保型结合剂的超微孔炭砖显气孔率低、孔径分布区域窄、孔径尺寸小、力学强度高和耐铁水溶蚀性优异。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤1、将5～20wt％的催化剂和80～95wt％的乙醇混合，得到催化剂溶液。

步骤2、将25～45wt％的所述催化剂溶液、25～45wt％的单质硅粉、10～25wt％的活性碳源和10～25wt％的含铝添加剂混合，搅拌0.5～2h，得到混合料I。

步骤3、将所述混合料I在50～110℃条件下保温12～36h，破碎，粉磨至粒度小于0.088mm，得到粉磨料。

步骤4、将30～50wt％的所述粉磨料、5～20wt％的天然石墨和35～55wt％的电煅无烟煤粉混合1～5h，得到混合料II。