專(zhuān)利名稱(chēng)：一種炭磚及其制造方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工程材料非金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及炭素材料領(lǐng)域，具體的講，就是涉及一種炭磚，炭磚的制造方法以及用該炭磚砌筑電煅爐內(nèi)襯的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電煅爐是冶金工業(yè)中，將無(wú)煙煤、石油焦、浙青焦、冶金焦、炭塊焙燒碎等炭素顆粒原料進(jìn)行熱處理的爐窯設(shè)備。電煅爐整體呈立式中空的筒狀結(jié)構(gòu)，將炭素顆粒從電煅爐上部連續(xù)加入，在電煅爐下部連續(xù)排出。電煅爐的上部設(shè)有上部電極，下部設(shè)有下部電極，在炭素顆粒從上到下通過(guò)爐體空腔時(shí)，電煅爐通電，炭素顆粒本身形成電阻料層發(fā)熱，利用電能進(jìn)行自身加熱。電煅爐通過(guò)電能能將炭素顆粒原料熱處理到平均1700°C以上，從而排除掉炭素顆粒中的揮發(fā)分、硫、氮等雜質(zhì)，同時(shí)，提高炭素顆粒的真密度、降低炭素顆粒的電阻率，以便這些炭素顆粒在被用作高爐炭塊、鋁用陰極炭塊、電爐炭塊和增碳劑的原料時(shí)，具 有優(yōu)異的性能。但普通電煅爐存在的缺點(diǎn)是爐內(nèi)存在著沿徑向的溫度梯度，即，在爐內(nèi)中心部位溫度可達(dá)到2000°C以上，但在爐內(nèi)周邊部位，溫度只能達(dá)到1200 1400°C。這樣電煅后的炭素顆粒質(zhì)地不均勻，從而限制了以其為原料的高爐炭塊、鋁用陰極炭塊、電爐炭塊和增碳劑性能的提高，尤其是對(duì)于硫含量和氮含量要求很低的高級(jí)增碳劑，則不能用這種炭素顆粒制造。雖然，通過(guò)提高向普通電煅爐內(nèi)輸入功率或者延長(zhǎng)炭素顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以從總體上提高熱處理溫度，但由于普通電煅爐，其內(nèi)襯是用高鋁磚砌筑的，高鋁磚不能長(zhǎng)時(shí)間承受高于1400°C的溫度，因此，無(wú)法實(shí)現(xiàn)用普通電煅爐進(jìn)行炭素顆粒在高于2000°C下的均勻熱處理。炭素材料能夠長(zhǎng)時(shí)間承受2000°C以上，甚至3000°C以上的高溫，而且在高溫下強(qiáng)度有所提高，具備作為電煅爐內(nèi)襯的條件。但是，普通的炭素材料，比如普通炭塊(磚)或石墨塊(磚)，其電阻率分別為40μ Ω.πι和10μ Ω.πι左右，是電的良導(dǎo)體。在用作電煅爐內(nèi)襯時(shí)，由于普通炭塊(磚)或石墨塊(磚)的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電阻料層(炭素顆粒)的電阻率(30000 120000 μ Ω.πι),爐內(nèi)電流會(huì)不走電阻料層，而是從上到下沿普通炭塊(磚)或石墨塊(磚)內(nèi)襯流過(guò)。此時(shí)，由于爐體的總體電阻太小,加熱功率上不去；另外,熱量在普通炭塊(磚)或石墨塊(磚)內(nèi)襯處產(chǎn)生，容易向外散熱，使得爐內(nèi)溫度上不去，電煅爐熱處理作用失效。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫、高電阻率的炭磚及其制造方法，用這種炭磚砌筑成電煅爐內(nèi)襯，可以解決上述電煅爐內(nèi)襯不能耐高溫或者是雖然能夠耐高溫，但是電阻率太小，以致使得電煅爐不能有效地進(jìn)行高溫均質(zhì)化處理炭素顆粒原料的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的的技術(shù)解決方案是這樣的一種炭磚，以炭素骨料和有機(jī)粘結(jié)劑為原料組成，經(jīng)配料、干混、濕混、模壓成型和焙燒制造而成；原料配比按重量百分比炭素骨料76 84%，有機(jī)粘結(jié)劑16 24% ;炭素骨料選自炭黑、普煅無(wú)煙煤、電煅無(wú)煙煤、煅燒石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭，其中炭黑在炭素骨料配料中是必須要有的，含量為占炭素骨料總量的10 100% (按重量百分比計(jì))，剩余O 90% (按重量百分比計(jì))的炭素骨料選自普煅無(wú)煙煤、電煅無(wú)煙煤、煅燒石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一種或兩種以上的混合物；有機(jī)粘結(jié)劑選自改質(zhì)浙青和中溫浙青，或者是中溫浙青和煤焦油的混合物。由于炭黑通常是粒度極細(xì)的粉末，對(duì)粘結(jié)劑的吸附量很大，在炭磚制造過(guò)程中不容易混捏均勻，因此優(yōu)選相對(duì)粒度較粗的半補(bǔ)強(qiáng)炭黑為炭磚的原料。由于炭黑是一種不導(dǎo)電的絕熱保溫材料，因此，在將占炭素骨料10 100% (按重量百分比計(jì))的炭黑加入到炭磚配料中制造的炭磚，其電阻率為100 1000 μ Ω.ΠΙ。用這種炭磚做電煅爐內(nèi)襯時(shí)，雖然炭磚內(nèi)襯與電阻料層(即炭素顆粒)相比，電阻率仍舊較小，但由于電煅爐內(nèi)電阻料層的橫截面積遠(yuǎn)大于炭磚內(nèi)襯的環(huán)形截面積，因此，電流會(huì)主要流過(guò)電阻料層。電阻料層作為電阻，在電煅爐通電后，通過(guò)調(diào)整電煅爐輸入功率，電阻料層發(fā)熱，使得電煅爐內(nèi)溫度全部達(dá)到2000°C以上，而且炭磚爐襯不會(huì)被燒壞，并能起到保溫作用。
本發(fā)明的優(yōu)選方案是炭黑的量占炭素骨料總量的30 40%(按重量百分比計(jì))，此時(shí)炭磚的電阻率為300 500 μ Ω.πι。如果炭黑的量不足炭素骨料的30% (按重量百分比計(jì))，則所制造炭磚的電阻率會(huì)〈300 μ Ω.πι,作為電煅爐內(nèi)襯時(shí)，效果不好；而如果炭黑的量超過(guò)炭素骨料的40% (按重量百分比計(jì))，雖然所制造炭磚的電阻率會(huì)更高，但是，炭磚生坯在焙燒過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋，而且更加不容易混捏均勻，制造困難。上述炭素骨料的粒度為炭黑為粉末，而剩余的選自普煅無(wú)煙煤、電煅無(wú)煙煤、煅燒石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一種或兩種以上的混合物為粒度8 0_的顆粒料，該顆粒料的粒度分布為(按重量百分比計(jì))8 2mm占30 50%，2 Omm占50 70%。如果有機(jī)粘結(jié)劑選擇中溫浙青和煤焦油的的混合物，則其配比為，按重量百分比計(jì)中溫浙青40 80%,煤焦油20 60%。由于電煅爐內(nèi)襯是環(huán)形的，為了砌筑方便和牢固，炭磚的形狀做成梯形或扇形，大小為上邊長(zhǎng)180 220_，下邊長(zhǎng)240 280_，高度280 320_，厚度80 120_。當(dāng)用炭磚砌筑電煅爐內(nèi)襯時(shí)，炭磚的長(zhǎng)度就是內(nèi)襯的厚度。如果內(nèi)襯的厚度選擇不足280mm，則內(nèi)襯強(qiáng)度不足，容易掉磚；如果內(nèi)襯厚度超過(guò)320mm，則炭磚內(nèi)襯的電阻太小，不利于使電流流過(guò)電阻料層。本發(fā)明所述的炭磚的制造方法，包括以下步驟
(1)將炭素骨料按照上述的原料配比和粒度分布進(jìn)行配料；
(2)將配好的炭素骨料加入混捏鍋中進(jìn)行干混，在10 30分鐘內(nèi)，使炭素骨料的溫度達(dá)到80 120。。；
(3)將有機(jī)粘結(jié)劑加熱到120 170°C，使其熔化，然后加入到混捏鍋中與炭素骨料一起進(jìn)行濕混，并繼續(xù)加熱，使溫度升高到120 170°C，并在此溫度下繼續(xù)濕混30 60分鐘，制成糊料出鍋；
(4)將出鍋的糊料翻攪涼料I 10分鐘，糊料溫度降低到90 140°C時(shí)，將糊料裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上模壓成型同時(shí)也可以用其他合適的成型方法，來(lái)實(shí)施本發(fā)明，比如用擠壓成型的方法、摩擦制磚的方法等等；
(5)成型后的炭磚生坯裝入焙燒爐中，進(jìn)行焙燒，其焙燒過(guò)程可以在環(huán)式焙燒爐、倒焰窯等任何合適的爐窯設(shè)備中進(jìn)行，要求炭磚最高處理溫度達(dá)到800°C以上；
(6)出爐后對(duì)炭磚表面進(jìn)行清理，即得到所要的炭磚。普通的電煅爐內(nèi)襯是用高鋁磚砌筑而成的，不能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高于1400°C的溫度。用本發(fā)明所述炭磚能替代高鋁磚砌筑電煅爐內(nèi)襯，形成本發(fā)明所述的電煅爐內(nèi)襯和本發(fā)明電煅爐。本發(fā)明電煅爐內(nèi)襯長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受2000°C以上的高溫，而不會(huì)損壞。用本發(fā)明電煅爐可以有效地在2000°C以上的高溫下均質(zhì)化處理炭素顆粒原料。本發(fā)明電煅爐內(nèi)襯，其厚度為280 320mm，優(yōu)選為300 mm。根據(jù)上述本發(fā)明炭磚的特性，其不僅適合用于電煅爐，也適合用于其他要求耐高溫，而且電阻高的爐窯等工業(yè)設(shè)備上。本發(fā)明實(shí)施后具有的優(yōu)點(diǎn)與有益效果是
I、本發(fā)明所制造的炭磚，電阻率100 1000 μ Ω.πι，優(yōu)選方案是300 500 μ Ω.πι，適合用在要求耐高溫，而且電阻高的爐窯設(shè)備上，為這種特殊需求提供了解決方案。2、用本發(fā)明炭磚做內(nèi)襯的電煅爐，能將爐內(nèi)炭素顆粒原料均勻的熱處理到2000 V以上，能大大地提高炭素顆粒原料的性能。3、用本發(fā)明炭磚做內(nèi)襯的電煅爐，能有效脫出石油焦中的硫元素和氮元素，使硫元素和氮元素的含量降低至300ppm以下，作為高級(jí)增碳劑使用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合以下具體實(shí)施例做進(jìn)一步的描述
實(shí)施例I :
炭磚及其制造方法，炭磚的原料配比按重量百分比計(jì)為炭素骨料占原料總重的80%，其中普煅無(wú)煙煤8 2 mm占炭素骨料的25%，普煅無(wú)煙煤2 O mm占炭素骨料的40%，其中8 2 mm顆粒和2 O mm顆粒的比例為38% :62%，半補(bǔ)強(qiáng)炭黑占炭素骨料的35% ;粘結(jié)劑占原料總重的20%，粘結(jié)劑選擇中溫浙青和煤焦油的混合物，粘結(jié)劑配比為中溫浙青煤焦油=70% :30%。將普煅無(wú)煙煤顆粒和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑按比例加入混捏鍋中進(jìn)行干混，干混時(shí)間10 15分鐘，溫度達(dá)到90 110°C時(shí)加入中溫浙青和煤焦油的混合粘結(jié)劑，需加熱到140 160°C使其熔化后，進(jìn)行濕混，繼續(xù)升溫至130 150°C，繼續(xù)濕混30 40分鐘，糊料出鍋。出鍋后的糊料翻攪涼料2 5分鐘，糊料溫度降低到100 120°C后裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上熱模壓成型。成型后的炭磚生坯在焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒出爐后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清理掉炭磚表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭磚的電阻率為420 μ Ω.πι。實(shí)施例2
炭磚及其制造方法，炭磚的原料配比按重量百分比計(jì)為炭素骨料占原料總重的84%，其中電煅無(wú)煙煤8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的40%，其中8 2 mm顆粒和2 O mm顆粒的比例為43% :57%，半補(bǔ)強(qiáng)炭黑占炭素骨料的30% ;粘結(jié)劑占原料總重的16%，粘結(jié)劑選擇中溫浙青和煤焦油的混合物，粘結(jié)劑配比為中溫煤浙青煤焦油=40% :60%。將電煅無(wú)煙煤顆粒、冶金焦顆粒和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑按比例加入混捏鍋中進(jìn)行干混，干混時(shí)間10 15分鐘，溫度達(dá)到80 100°C時(shí)加入中溫煤浙青和煤焦油的混合粘結(jié)劑，需加熱到120 140°C使其熔化后，進(jìn)行濕混，繼續(xù)升溫至110 130°C，繼續(xù)濕混30 40分鐘，糊料出鍋。出鍋后的糊料翻攪涼料I 4分鐘，糊料溫度降低到80 100°C后裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上熱模壓成型。成型后的炭磚生坯在焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒出爐后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清理掉炭磚表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭磚的電阻率為380 μ Ω.ΠΙ。實(shí)施例3 炭磚及其制造方法，炭磚的原料配比按重量百分比計(jì)為炭素骨料占原料總重的76%，其中木炭8 2 mm占炭素骨料的27%，浙青焦2 O mm占炭素骨料的33%，其中8 2 mm顆粒和2 O mm顆粒的比例為45% :55%，半補(bǔ)強(qiáng)炭黑占炭素骨料的40% ;粘結(jié)劑占原料總重的24%，粘結(jié)劑選擇改質(zhì)浙青。將木炭顆粒、浙青焦顆粒和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑按比例加入混捏鍋中進(jìn)行干混，干混時(shí)間15 20分鐘，溫度達(dá)到110 130°C時(shí)加入改質(zhì)浙青，需加熱到160 170°C使其熔化后，進(jìn)行濕混，繼續(xù)升溫至160 170°C，繼續(xù)濕混30 40分鐘，糊料出鍋。出鍋后的糊料翻攪涼料3 6分鐘，糊料溫度降低到140 150°C后裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上熱模壓成型。成型后的炭磚生坯在焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒出爐后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清理掉炭磚表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭磚的電阻率為490 μ Ω.πι。實(shí)施例4
炭磚及其制造方法，炭磚的原料配比按重量百分比計(jì)為炭素骨料占原料總重的79%，其中煅燒石油焦8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的38%，其中8 2mm顆粒和2 O mm顆粒的比例為44% :56%，半補(bǔ)強(qiáng)炭黑占炭素骨料的32% ;粘結(jié)劑占原料總重的21%，粘結(jié)劑選擇中溫浙青。將煅燒石油焦顆粒、冶金焦顆粒和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑按比例加入混捏鍋中進(jìn)行干混，干混時(shí)間15 20分鐘，溫度達(dá)到100 120°C時(shí)加入中溫浙青，需加熱到150 160°C使其熔化后，進(jìn)行濕混，繼續(xù)升溫至150 160°C，繼續(xù)濕混30 40分鐘，糊料出鍋。出鍋后的糊料翻攪涼料2 5分鐘，糊料溫度降低到130 140°C后裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上熱模壓成型。成型后的炭磚生坯在焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒出爐后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清理掉炭磚表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭磚的電阻率為340 μ Ω.πι。實(shí)施例5
炭磚及其制造方法，炭磚的原料配比按重量百分比計(jì)為炭素骨料占原料總重的76%，其中普煅無(wú)煙煤8 2 mm占炭素骨料的30%，冶金焦2 O mm占炭素骨料的40%，其中8
2mm顆粒和2 O mm顆粒的比例為43% :57%，炭黑占炭素骨料的30% ;粘結(jié)劑占原料總重的24%，粘結(jié)劑選擇中溫浙青和煤焦油的混合物，粘結(jié)劑配比為中溫浙青煤焦油=40% :60%。將普煅無(wú)煙煤顆粒、冶金焦顆粒和炭黑按比例加入混捏鍋中進(jìn)行干混，干混時(shí)間10 15分鐘，溫度達(dá)到80 100°C時(shí)加入混合粘結(jié)劑，需加熱到120 140°C使其熔化后，進(jìn)行濕混，繼續(xù)升溫至120 140°C，繼續(xù)濕混30 40分鐘，糊料出鍋。出鍋后的糊料翻攪涼料I 3分鐘，糊料溫度降低到loo iio°c后裝入鋼制模具中，在立式模壓機(jī)上熱模壓成型。成型后的炭磚生坯在焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒出爐后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清理掉炭磚表面粘附的填充料即可使用。由此制造的炭磚的電阻率為305 μ Ω.ΠΙ。實(shí)施例6
所述炭磚的形狀為梯形或扇形，其上邊長(zhǎng)為180 220mm，下邊長(zhǎng)240 280mm，高度為280 320mm,厚度為80 120mm。本實(shí)施例采用實(shí)施例I 5所述方法制造的炭磚,成型尺寸選擇一端寬度200mm,另一端寬度265mm,長(zhǎng)度300mm,厚度100mm。用該炭磚砌筑電煅爐內(nèi)襯，內(nèi)襯厚度300mm。以上實(shí)施例中所用到的原材料，全部是在市場(chǎng)上采購(gòu)得到的，是普通的原材料，沒(méi)有特殊要求。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種炭磚，以炭素骨料和有機(jī)粘結(jié)劑為原料組成，其特征在于，所述炭素骨料包含有炭黑或半補(bǔ)強(qiáng)炭黑，按重量百分比計(jì)炭黑或半補(bǔ)強(qiáng)炭黑在炭素骨料中所占比例為3(Γ40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種炭磚，其特征在于，所述炭素骨料和有機(jī)粘結(jié)劑的配比為，按重量百分比計(jì)炭素骨料76 84%，有機(jī)粘結(jié)劑16 24%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種炭磚，其特征在于，優(yōu)選地，所述炭素骨料包含有按重量百分比計(jì)30 40%的炭黑，其剩余量為選自普煅無(wú)煙煤、電煅無(wú)煙煤、煅燒石油焦、浙青焦、冶金焦和木炭中的一種或兩種以上的混合物，炭磚的電阻率為300 500 μ Ω.π ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種炭磚，其特征在于，所述炭黑為粉末，選自普煅無(wú)煙煤、電煅無(wú)煙煤、煅燒石油焦、冶金焦和木炭中的一種或兩種以上的粒度8 0_的顆粒料形成混合物；該顆粒料的粒度分布，按重量百分比計(jì)8 2mm占混合物的30 50%, 2 Omm占混合物50 70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種炭磚，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑為中溫浙青和煤焦油的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭磚，其特征在于，所述中溫浙青和煤焦油的配比，按重量百分比計(jì)中溫浙青40 80%,煤焦油20 60%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種炭磚，其特征在于，所述炭磚的形狀為梯形或扇形，其上邊長(zhǎng)為180 220mm，下邊長(zhǎng)240 280mm，高度為280 320mm，厚度為80 120mm。
8.—種炭磚的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將炭素骨料按照原料配比和粒度分布進(jìn)行配料； (2)將配好的炭素骨料加入混捏鍋中進(jìn)行干混，在10 30分鐘內(nèi)，使炭素骨料的溫度達(dá)到80 120。。； (3)將有機(jī)粘結(jié)劑加熱到120 170°C，使其熔化，然后加入到混捏鍋中與炭素骨料一起進(jìn)行濕混，并繼續(xù)加熱，使溫度升高到120 170°C，并在此溫度下繼續(xù)濕混30 60分鐘，糊料出鍋； (4)將出鍋的糊料翻攪涼料I 10分鐘，糊料溫度降低到90 140°C時(shí)，將糊料裝入模具中，在立式模壓機(jī)上模壓成型； (5)成型后的炭磚生坯裝入焙燒爐中，進(jìn)行焙燒； (6)出爐后對(duì)炭磚表面進(jìn)行清理。
9.一種炭磚的應(yīng)用，其特征在于，所述電煅爐內(nèi)襯是用權(quán)利要求I所述炭磚砌筑而成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種炭磚的應(yīng)用，其特征在于，所述電煅爐內(nèi)襯的厚度為·280 320mm。
全文摘要
一種炭磚及其制造方法與應(yīng)用，涉及冶金工程材料非金屬炭素材料領(lǐng)域。炭磚是以炭素骨料和有機(jī)粘結(jié)劑為原料組成，其配比為，按重量百分比炭素骨料76～84%，有機(jī)粘結(jié)劑16～24%；所述炭素骨料中含有10～100%(重量百分比)的炭黑；炭磚的電阻率100～1000μΩ.m；經(jīng)配料、干混、濕混、成型和焙燒工序而成；由于在配料中使用了炭黑，電阻率較高，適合用在要求耐高溫且電阻高的爐窯設(shè)備上；用本發(fā)明炭磚做內(nèi)襯的電煅爐，能將爐內(nèi)炭素顆粒原料均勻的熱處理到2000℃以上，能極大地提高炭素顆粒原料的性能；能有效脫出石油焦中的硫元素和氮元素，使硫元素和氮元素的含量降低至300ppm以下，作為高級(jí)增碳劑使用。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102924103SQ201210477689
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者馬歷喬, 楊棟梁, 張軍華 申請(qǐng)人:四川廣漢士達(dá)炭素股份有限公司