耐火砌体和用于制造该砌体的耐火砖制造技术

本发明专利技术涉及一种大体积工业炉中的耐火砌体，在该工业炉中如水泥、石灰、菱镁矿、白云石等矿产品在高于７００℃的温度下在基本氧化的炉气中被焙烧，其中，该砌体由耐火材料的未焙烧的砖制成，并且碳存在于砌体的砖的焙烧侧或热侧的表面区域。另外，本发明专利技术还涉及用于制造该砌体的耐火砖。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐火砌体和用于制造其中如水泥、石灰、菱镁矿、白云石等矿产于700℃以上、特别是900℃以上的温度下在基本上氧化气氛中被焙烧的大体积工业炉的耐火衬砌的耐火砖。
技术介绍
在工业中，水泥、石灰、菱镁矿、白云石主要在旋转管或竖窑中被焙烧。焙烧过程基本上在氧化条件下进行。炉子的工作寿命尤其取决于耐火砌体衬砌的类型，首先，该耐火砌体衬砌保护炉子的金属外墙免受焙烧物料的高温、火焰温度和大气温度；第二，可降低热损失。另外，耐火衬砌可作为从热炉气中吸收热能并将热能传递到焙烧物料的热交换器。炉子的砖石支架通常受到高温变应力及高机械和化学应力。温变应力由炉气温度高于焙烧物料温度而引起。机械应力由炉子的旋转运动和焙烧物料的运动而引起。砖石受到由于温度梯度沉积在耐火衬砌中的在炉气中的物料成分和挥发性化合物而产生的化学应力。这些在氧化条件下操作的炉子，例如用于水泥和石灰的旋转炉、用于白云石和菱镁矿的炉子及竖窑使用焙烧的耐火砖作衬砌，在基础区基本上使用基于MgO的耐火砖，例如镁氧尖晶石砖、镁氧铬砖、作为镁氧尖晶石矿物砖的镁氧铁尖晶石砖、镁氧化锆砖、白云石砖等作为衬砌，及在非基础区使用耐火粘土砖、红柱石砖、铝土砖等作为衬砌。在一些区域中衬砌有时也使用未焙烧的磷或磷酸盐结合的轻质耐火砖而被构造。为了构造砌体的，因为在操作期间不同的应力出现在各区域中，所以炉子被分成不同的区域。对于用于水泥的旋转管式炉，例如，炉子从焙烧物料进料端到焙烧物料出口端被分成预热区、安全区、上过渡区、烧结区、下过渡区和出口区。焙烧物料的稳定积聚通常形成在烧结区，并且如此可保护烧结区。从该积聚中分离物料可引起损坏，例如一旦发生过热可引起水泥熟料相的渗入。如果缺乏积聚或不稳定，则过渡区会遭受碱渗入、热影响和氧化还原作用的影响、以及温度的变化。另外，例如由于炉子轴的椭圆度应力和曲率而出现热力应力。二次燃料如汽车轮胎也产生额外的不可控制的应力。预热区、安全区和出口区通常使用富含熟耐火粘土和氧化铝的砖作为衬砌，然而其它的区通常使用基于菱镁矿(MgO)或白云石(MgO/CaO)的砖作为衬砌。竖窑通常类似地被划分。当操作条件一致时，已知的炉衬砌具有规定的特性并阻止过早的磨损。但是，并不能经常获得一致的操作条件。炉内操作参数或物料参数的变化，例如关于在焙烧水泥中的烧结块模量或先前破坏的必要修复没有适时进行，在相对较短的时间内频繁地出现。改变化学侵蚀及改变热和热机械应力导致加速的磨损和破坏。过去已作出通过改进烧成砖的物料成分、从而使其与不利的操作条件相匹配以解决该问题的尝试。该面向应用的优化主要包括例如为了增加砖的弹性特性和耐蚀性而改变其化学矿物学成分。提供一个一般确保高于镁氧化铬砖弹性的镁氧尖晶石的例子。另外，镁氧化铬砖由于水泥熟料相的侵蚀而受到较强的腐蚀。这可通过对应力较不敏感的镁氧化锆砖来解决。因此，这些砖已被进一步研制，并已生产出对于各自应力情况而设计的特殊砖。但是，由于应力情况是变化的，因此该研制势必导致尽头，而且成本很高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于使用氧化炉气氛而被操作的炉子的砌体，该砌体更好地经受得住显著的应力变化，其耐火砖材料与正常的应力最佳匹配，而不是与应力变化最佳匹配。该目的通过权利要求1的特征实现。本专利技术优选的实施方案在从属权利要求中被限定。根据本专利技术，使用由如上述耐火材料之一的常规使用的材料构成的未焙烧的砖，这些未焙烧的砖具有常规使用的三维形状并且是与磷粘合的，或者其粘合剂为合成树脂、焦油或沥青或通过其它合适的粘合材料被粘合。碳、特别是石墨存在于面向炉内部的砌体或砖侧的砖材料中、特别是孔中，是非常重要的。石墨可是天然或合成石墨，例如絮状石墨。已发现石墨与在全部区域中的焙烧物料和/或氧化气体一起可明显地产生一种类型的未焙烧砖表面的密封，这种密封不仅不妨碍根据区域中不同应力的所需最佳特性，而且确保在应力改变情况下的规定特性。石墨在与如合成树脂、焦油或沥青的含碳粘合剂材料结合使用是特别有效的，当合成树脂存在时，该作用特别好。使用合成树脂、特别是酚醛树脂(可溶酚醛树脂)或酚醛树脂-线型酚醛清漆溶液。提供一个约1～18cm、优选2～15cm的含石墨区是有利的，该区使石墨可用于与焙烧的物料和/或炉气进行氧化表面反应，并可在砖的内部另外提供储备存量的石墨、并且如果适当可提供含碳粘合剂。密封区显然保护砖的炉侧(热侧)表面区域，以便含石墨区的石墨不被全部消耗，并且如果发生表面损坏可用于进一步的密封。在含石墨区中、而且优选整个未焙烧砖中的孔隙率小于30体积％、优选小于14体积％；特别地，孔隙率在1～8体积％范围内是有利的。含石墨区的石墨含量优选2～30重量％，特别是5～20重量％。对于含碳粘合剂，粘合剂加上石墨的碳含量应当在2～30重量％的指示范围内、特别是5～20重量％。含碳的粘合剂优选使用量为2～5重量％、特别是2.5～4重量％。在本专利技术的特别实施方案中，含石墨区进一步包括抗氧化剂，例如Al、Si、Mg、SiC、Si3N4、B4C或金属合金。令人惊讶的是这些抗氧化剂不会不利地影响在表面上的密封层的形成，而可阻止氧化过深地穿透进入含石墨区，以便碳储备保留以用于对损坏的密封区域进行进一步的重新形成。完全含石墨、或者整体或全部含石墨的砖的应用被本专利技术的范围所包括。特别地，使用完全含石墨并通过如合成树脂、焦油或沥青的含碳粘合剂粘合的砖同样被本专利技术的范围所包括。在这方面，本专利技术提供一种本来已知的用于氧化条件下操作的炉子砌体的碱性含碳耐火砖的应用，的应用，该碱性含碳耐火砖已被设计用于还原气氛，如用于在钢铁生产。这些碱性耐火砖用于如转炉、纯钢罐或电弧炉的治金容器的砌衬。这些同样未焙烧的含碳砖，特别是镁砖或白云石确保了与大部分碱性炉渣适应性，以及碳、尤其石墨在钢生产中弥散的还原气氛中的稳定性。砖通过合成树脂、沥青或焦油被粘合，并在冷却状态下(酚醛树脂粘合的或酚醛树脂-线型酚醛清漆粘合的砖)或热状态下(酚醛树脂-线型酚醛清漆粘合的或焦油或沥青粘合的砖)被成形。另外，砖通常进一步包括抗氧化剂，由于与碳相比抗氧化剂对氧的亲合力更高，因此该抗氧化剂降低碳的燃烧。抗氧化剂的作用主要基于其使空气的进入更加困难并且增加了强度。典型使用的物质为金属、碳化物或氮化物，例如Al、Mg、Si、SiC、B4C、Si3N4、AlN、BN或SiAlON。在本专利技术的范围内，本专利技术的应用包括通过适当的技术制造根据本专利技术所用砖的制备此含碳砖的已知技术。根据本专利技术的密封区、特别是结合低孔隙率的未焙烧砖材料的密封区阻止炉内气氛的挥发性成分例如会损害或破坏砌体的碱金属化合物、氯化物和硫化合物的渗入。另外，对如水泥溶渣相腐蚀的高度的热化学抗性通过根据本专利技术的密封区、并且特别通过低孔隙率而确保。此外，石墨的含量、特别是结合含碳粘合剂影响了所需的低弹性模量(modulus of elasticity)E和相应所需的低剪切模量(shearmodulus)G。对于原料成分MgO和碳，含石墨的区域或砖是非常热稳定的。即使MgO部分或完全被如尖晶石、α-氧化铝、铝土矿、红柱石、富铝红柱石、燧土或耐火粘土的其它耐火材料所代替也并不会削弱密封作用。令人惊奇的是氧化炉气在砌体的热侧仅产生碳的最低限度的燃烧，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐火砌体，用在大体积工业炉中，其中如水泥、石灰、菱镁矿、白云石等矿产品在７００℃以上的温度下、在基本氧化的炉气氛中被焙烧，其特征在于，该砌体由未焙烧过的耐火材料砖构成，并且碳存在于砌体的砖石的焙烧侧或热侧表面区域。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯于尔根克利舍特，霍尔格维尔辛，安东尼奥费尔南德斯，
申请(专利权)人：耐火材料控股有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]