[發明專利]一種高導熱耐侵蝕高爐自護炭磚及制備方法

在審

• 申請號: 202010952465.2
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112028653A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 陳佳;王悅;戴路;王杰;邵靜;陳雪艷
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/52;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 段姣姣

一種高導熱耐侵蝕高爐自護炭磚，其原料組成及wt%含量：石墨化無煙煤70～79%，金屬硅粉8～12%，Al₂O₃粉6～10%，含鈦不低于35%的物料4～8%，碳化硅粉3～7%，外加8～14%熱固性酚醛樹脂；步驟：將石墨化無煙煤粉粹并篩分；將各級粒度石墨化無煙煤、金屬硅粉、Al₂O₃粉、含鈦不低于35wt%的物料、碳化硅粉按照粒度要求及含量要求混合均勻；加入熱固性酚醛樹脂并攪拌均勻；機械成型；焙燒；保溫；機械加工。本發明高爐炭磚導熱系數由16W/mK提高到不低于25W/mK，平均孔徑1μm；由于在炭磚中加入含鈦物料，在原位形成了Ti(C,N)，起到高爐末期釩鈦礦護爐作用，保護了高爐炭磚，延長高爐壽命，并且制備工藝簡單。

技術領域

本發明涉及一種高爐爐襯耐火材料，具體說是一種高導熱耐侵蝕高爐自護炭磚及其制備方法。

背景技術

隨著高爐冶煉強度的不斷提高，爐缸爐底炭磚的侵蝕加速，己成為影響高爐生產和壽命的關鍵因素。

從磚襯侵蝕原因分析，強化冷卻，降低磚襯溫度對多種侵蝕原因都有緩解作用。例如堿金屬的富集溫度是900～1200℃，如果將磚襯溫度降低到900℃以下，堿金屬就侵蝕不了磚襯。爐渣、鐵水的侵蝕也都是隨著溫度降低侵蝕速度降低，提高導熱系數是降低磚襯溫度，減少磚襯侵蝕最有效的途徑之一。

結果表明，爐缸、爐底炭磚侵蝕最嚴重的部位是鐵口中心線以下的圓周側墻和爐底炭磚，其侵蝕原因是鐵水溶蝕、鐵水滲透侵蝕及鐵水流動的機械磨損，爐缸側墻的炭磚還有爐缸上部延伸下來的環縫侵蝕帶，其主要原因是堿金屬、氧化和熱應力。因此提高高爐炭磚耐侵蝕性，也是減少磚襯侵蝕最有效的途徑之一。

在高爐爐役后期，高爐爐襯會產生嚴重侵蝕現象。人們為確保高爐安全操作，往往要采用釩鈦礦對高爐進行護爐操作。這種方式的護爐，由于該護爐層中的Ti(C,N)很容易與渣鐵粘附，并隨鐵滴下落而進入風口區，其中少部分Ti(C,N)會懸浮在渣鐵界面與金屬鐵和爐渣等形成多相物質。這種多項物質由于結構致密，硬度大，熔點較高，其隨著放渣出鐵，液面下降而與爐襯接觸并粘附在磚襯上。而鐵水中固溶的Ti(C,N)在靠近爐墻的時候溫度將下降，Ti(C,N)可以析出，也在磚襯上沉積，就這樣逐漸形成了沉積物層。其雖然能起到保護爐缸爐底磚襯的作用，但導致高爐操作復雜，產量降低，成本增加等問題，是保護高爐炭磚不得已采取的措施。

眾所周知，炭磚的使用壽命決定著高爐的爐役長短。為保證高爐長壽，通常將導熱系數、＜1μm孔容積率、抗堿性、抗氧化性及鐵水溶蝕指數等作為炭磚的關鍵性能指標。提高炭磚的導熱能力，不僅可以緩解烘爐和投產初期溫差應力對爐缸砌體的破壞，而且有利于在炭磚熱面形成一層渣鐵殼，阻止鐵水和渣對炭磚的侵蝕。有研究表明，在鐵水溫度為1500℃和壓力為0.66MPa的條件下，鐵水能夠滲入孔徑1μm以上的微孔中，故減小炭磚氣孔直徑和提高炭磚的微孔化程度將有利于緩解鐵水的滲透，避免炭磚出現脆化層，延長炭磚壽命。炭磚直接與鐵水相接觸，在鐵水中的溶蝕指數越低越好。因此，高導熱、抗侵蝕是高爐用炭磚的主要發展方向。

目前，高爐炭磚一般采用電鍛無煙煤為主要原料，添加金屬硅粉，Al2O3粉，以瀝青為結合劑。由于電煅燒無煙煤是一種低石墨化碳且自身多孔，因此電煅煤基炭磚的導熱系數差。為提高電鍛煤基炭磚的導熱系數，國內外大多數研究者都采用添加高導熱石墨物質，在炭磚的制備過程中添加超過30wt％的石墨物質，在一定程度上雖提高了炭磚的導熱系數，但在高爐的實際生產環境條件下，這些石墨物質極易向鐵水中溶解，從而在炭磚中留下孔洞，為鐵水的滲透提供了通道，進而導致炭磚形成脆化層，在鐵水的沖刷作用下造成炭磚結構性剝落；再高爐炭磚結合劑目前一般為瀝青，瀝青加入量大，生產過程中(混捏、成型、焙燒)煙氣大，對環境有污染。

發明內容