通过半石墨化包含C和Si的混合物获得的用于高炉内衬的耐火材料制造技术

一种特别适用于高炉内衬中的耐火材料，该耐火材料可通过包括以下步骤的方法来获得：a）提供包含焦炭、硅以及粘结剂的混合物，b）将在步骤a）中提供的混合物成型为生坯块体，c）烘焙步骤b）的生坯块体，以及d）在1600和2000℃之间的温度下使步骤c）的经烘焙的块体半石墨化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过半石墨化包含C和Si的混合物获得的用于高炉内衬的耐火材料
本专利技术涉及一种用于高炉内衬的耐火材料，涉及一种包括包含这种耐火材料的内衬的高炉，并且涉及这种耐火材料在高炉内衬中的用途。
技术介绍
耐火材料的特征在于，在高温下例如，在高于1000°C的温度下保持高强度。由于这个原因，耐火材料用于多种应用中作为用于熔体等的坩埚的材料，其中，例如，在熔炉、窑炉、焚化炉以及反应器的内衬内，需要高的耐热性。在高炉内衬内使用的耐火材料特别是必须满足多种要求,例如，高耐火性、相对于高炉设计具有充足的导热性、在高达2000°C的温度下具有包括高抗压强度的高机械强度、对温度变化具有良好的抗性、优异的耐腐蚀性以及高抗氧化性。特别地，对于高炉内衬的耐火材料，需要在液态热金属和炉渣内具有高的耐溶解性。由于高耐火性、对温度变化具有良好的抗性以及在高达2000°C的温度下碳和石墨具有令人满意的抗压强度，所以用于高炉内衬的现代耐火材料基于碳和石墨材料。通常，通过将包含碳质材料的原料混合物成型为生坯块体，并且在1100和1300°C之间的温度下烘焙生坯块体，来产生这些耐火材料。然而，标准的碳材料的缺点在于:仅仅提供低耐碱性、低抗氧化性、对于碳材料在碳不饱和的液态热金属和炉渣内溶解的不足的耐性、以及液态热金属在其孔隙内较高的渗透性。为了至少部分补偿或改进碳和石墨的上述不利性能，通常将特定的添加剂加入碳和石墨材料内。例如，通常将细粉状硅加入这种材料内，因为在热处理期间，通过将这种硅转换成碳化硅，造成耐火材料的孔径减小至较小的值，从而减小或者甚至完全避免液态热金属渗入耐火材料内。另一方面，加入氧化铝，从而在液态热金属与熔渣内增大该材料对碳溶解的耐性。DE 601 20 675 T2公开了一种制造耐火材料的方法，其旨在特别适合在高炉内衬内使用，其中，该方法包括以下步骤:i)提供混合物，其包含50至80重量％的碳质材料例如煅烧焦炭或石墨，5至15重量％的氧化铝粉末，5至15重量％的硅粉末，和5至20重量％的一种或多种选自金属钛、碳化钛、氮化钛以及碳氮化钛的材料，ii)将粘结剂加入该混合物中，iii)将步骤ii)的混合物成型为生坯块体，并且在1250°C的温度下烘焙生坯块体。添加至少一种5至20重量％的选自金属钛、碳化钛、氮化钛以及碳氮化钛的材料，旨在提高耐火材料对熔铁的抗性，而添加硅，旨在促使耐火材料具有较小的孔径。即使该材料大体上适用于高炉内衬内，也需要提高该材料的导热性以及机械强度。这同样适用于上述其它已知的耐火材料。因此，本专利技术基本的目的在于，提供一种耐火材料，该耐火材料特别具有优异的导热性以及高机械强度，并且还提供在熔化热金属和炉渣内良好的耐溶解性，良好的耐腐蚀性，以及液态热金属与反应气体例如一氧化碳和二氧化碳进入其孔隙内的小渗透性，从而完全适用于内衬中并且特别适用于高炉内衬中。而且，即使耐火材料成型为具有较大尺寸的块状，该耐火材料也会稳定。
技术实现思路
根据本专利技术，由一种如下的耐火材料满足所述目的，该耐火材料特别是用于高炉的内衬中，可通过包括以下步骤的方法获得该耐火材料:a)提供如下的混合物，其包含-焦炭，-硅，和-粘结剂，b)将在步骤a)中提供的混合物成型为生坯块体，c )烘焙步骤b )的生坯块体，和d)在1600和2000°C之间的温度下使步骤c)的经烘焙的块体半石墨化。该技术方案基于以下令人预料不到的发现:在1600和2000°C之间的温度下，通过使由包含焦炭、硅以及粘结剂的混合物制成的经烘焙的块体半石墨化，可获得如下的耐火材料，该耐火材料对于碳材料在熔化的热金属和炉渣内溶解具有良好的耐性。而且，还具有良好的耐腐蚀性、液体热金属和反应气体进入其孔隙内的较小渗透性(由于其孔隙具有较小的直径)、对温度变化的良好抗性以及高耐火性。而且，还提高了导热性并提高了机械强度，例如，在高达2000°C的温度下提高了抗压强度。耐火材料的优异导热性有利是因为两个原因，即，首先是因为减少了对耐火材料可能造成的损害或破坏，其次是因为产生高热通量，从而造成与热金属和炉渣接触的耐火材料热部分具有更低的表面温度。这又允许形成粘附至耐火材料的高粘性铁的保护层，这再次提高了耐火材料的耐侵蚀性和耐腐蚀性。而且，支持应用更薄的炉床壁部，以增大高炉的工作容量。特别地，如果经烘焙的块体在1600和2000°C之间的温度下进行半石墨化，那么与仅仅在大约1100至1300°C温度下烘焙的包含高传导合成石墨作为主要原料的材料相比，首先提高了耐火材料的导热性和机械强度，其中高传导合成石墨例如是在用于电弧炉内的石墨电极的连接销中使用的石墨。本专利申请的专利技术人并不希望受到原理的束缚，而是相信导热性的提高以及机械强度的提高特别是因为，在1600和2000°C的温度下进行热处理期间，包含在生坯块体内的非晶碳至少部分转换成石墨或者转换成石墨状结构。此外，在1600和2000°C之间的温度下使经烘焙的块体半石墨化，造成耐火材料的组成以及微观结构均匀化。而且，包含在生坯块体内的硅引起这些效应，这是因为在烘焙期间以及在半石墨化期间，该硅的一部分与碳发生反应，以产生针状晶体形式的碳化硅，这进一步提高了耐火材料的机械强度。然而，由于并非如进行常规石墨化时期间所使用的在高于2000°C的温度下进行最终的半石墨化，所以可靠地避免了分解在烘焙期间形成的碳化硅晶体，在常规石墨化步骤中会发生这种分解。结果，将硅加入混合物内，用于成型生坯块体，并且随后在1600和2000°C之间的温度下使经烘焙的块体半石墨化，这两个步骤协同配合并且协同提高了耐火材料的机械强度。总而言之，在1600和2000°C之间的温度下使经烘焙的块体半石墨化，有利地影响了耐火材料的三种性能:-首先，大幅增大了耐火材料的导热性，-其次，大幅增大了耐火材料的机械强度，和-第三，提高了耐火材料的耐侵蚀性和耐腐蚀性。由于其优异的机械强度及其优异的导热性，即使本专利技术耐火材料成型为具有较大尺寸的块体，例如至少700 X 700 X 2500mm的WXHX L，根据本专利技术的耐火材料也进一步具有稳定的优点。这是特别有利的，原因如下:如果大块体用于内衬，那么由于块体接头是内衬的弱点，所以在给定尺寸的内衬中可减少这些块体接头的数量，并且从而可提高内衬的稳定性。除此之外，硅进一步导致形成微孔结构，这表示直径大于Iym的空隙的累积孔隙度不超过样品体积的4%，这通常由水银孔隙度计来测量。由于这种微孔结构，所以根据本专利技术的耐火材料对于液态热金属和反应气体具有小的渗透性。由于所有上述有利的性能，所以根据本专利技术的耐火材料完全适用于内衬中，并且特别适用于高炉的内衬中。如上所述，在本专利申请的意义上，半石墨化是指在1600和2000°C之间的温度下进行的热处理。因此，术语半石墨化在本专利申请中仅仅用于明确，相信在该步骤中，非晶碳至少部分转换成石墨或者转换成石墨状结构。原则上，就在用于制备混合物的步骤a)中使用的焦炭的类型而言，不限制本专利技术。因此，原则上可使用所有类型的焦炭，例如，石油焦炭、无烟煤、煤焦油浙青焦炭、乙炔焦炭、冶金焦炭等。然而，根据本专利技术的第一特别优选的实施方式，在步骤a)中使用焦炭，至少一部分焦炭为各向同性焦炭。各向同性焦炭的特征在于，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别适用于高炉内衬中的耐火材料，所述耐火材料可通过包括以下步骤的方法来获得：a）提供如下的混合物，其包含?焦炭，?硅，和?粘结剂，b）将在步骤a）中提供的混合物成型为生坯块体，c）烘焙步骤b）的生坯块体，和d）在1600和2000℃之间的温度下使步骤c）的经烘焙的块体半石墨化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.27 EP 11167940.31.一种特别适用于高炉内衬中的耐火材料，所述耐火材料可通过包括以下步骤的方法来获得: a)提供如下的混合物，其包含 -焦炭， -娃，和 -粘结剂， b)将在步骤a)中提供的混合物成型为生坯块体， c)烘焙步骤b)的生坯块体，和 d)在1600和2000°C之间的温度下使步骤c)的经烘焙的块体半石墨化。2.根据权利要求1所述的耐火材料，其中，在步骤a)中提供的焦炭包含各向同性焦炭达到至少50重量％、优选地至少80重量％、更优选地至少90重量％、甚至更优选地至少95重量％、特别优选地至少99重量％，并且最优选地仅由各向同性焦炭组成。3.根据权利要求1或2所述的耐火材料，其中，在步骤a)中提供的焦炭具有至多0.1重量％、优选地至多0.05重量％、更优选地至多0.01重量％、甚至更优选地至多0.005重量％并且最优选地至多0.001重量％的铁含量。4.根据前述权利要求中的任一项所述的耐火材料，其中，在步骤a)中提供的混合物还包含石墨。5.根据权利要求4所述的耐火材料，其中，所述石墨为合成石墨。6.根据权利要求4或5所述的耐火材料，其中，基于所述耐火材料的干燥聚集体，在步骤a)中提供的混合物包含60至85重量％并且优选地65至75重量％的焦炭和石墨的混合物。7.根据前述权利要求中的任一项所述的耐火材料，其中，基于所述耐火材料的干燥聚集体，在步骤a)中提供的混合物包含5至15重量％并且优选地8至12重量％的硅。8.根据前述权利要求中的任一项所述的耐火材料，其中，基于所述耐火材料的干燥聚集体，在步骤a)中提供的混合物还包含6至14重量％并且优选地8至12重量％的二氧化钛。9.根据前述权利要求中的任一项所述的耐火材料，其中，基于所述耐火材料的干燥聚集体，在步骤a)中提供的混合物还包含4至15重量％并且优选地8至12重量％的碳化硅-碳粉的混合物，所述混合物包含至少50重量％的碳化硅。10.根据前述权利要求中的任一项所述的耐火材料，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹努兹·图马拉，克里斯蒂安·威贝尔，弗兰克·希尔特曼，
申请(专利权)人：西格里碳素欧洲公司，
类型：
国别省市：