[发明专利]一种炭砖及其制造方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程材料非金属材料领域，尤其涉及炭素材料领域，具体的讲，就是涉及一种炭砖，炭砖的制造方法以及用该炭砖砌筑电煅炉内衬的应用。

背景技术

电煅炉是冶金工业中，将无烟煤、石油焦、沥青焦、冶金焦、炭块焙烧碎等炭素颗粒原料进行热处理的炉窑设备。电煅炉整体呈立式中空的筒状结构，将炭素颗粒从电煅炉上部连续加入，在电煅炉下部连续排出。电煅炉的上部设有上部电极，下部设有下部电极，在炭素颗粒从上到下通过炉体空腔时，电煅炉通电，炭素颗粒本身形成电阻料层发热，利用电能进行自身加热。电煅炉通过电能能将炭素颗粒原料热处理到平均1700℃以上，从而排除掉炭素颗粒中的挥发分、硫、氮等杂质，同时，提高炭素颗粒的真密度、降低炭素颗粒的电阻率，以便这些炭素颗粒在被用作高炉炭块、铝用阴极炭块、电炉炭块和增碳剂的原料时，具有优异的性能。

但普通电煅炉存在的缺点是炉内存在着沿径向的温度梯度，即，在炉内中心部位温度可达到2000℃以上，但在炉内周边部位，温度只能达到1200～1400℃。这样电煅后的炭素颗粒质地不均匀，从而限制了以其为原料的高炉炭块、铝用阴极炭块、电炉炭块和增碳剂性能的提高，尤其是对于硫含量和氮含量要求很低的高级增碳剂，则不能用这种炭素颗粒制造。虽然，通过提高向普通电煅炉内输入功率或者延长炭素颗粒在炉内的停留时间，可以从总体上提高热处理温度，但由于普通电煅炉，其内衬是用高铝砖砌筑的，高铝砖不能长时间承受高于1400℃的温度，因此，无法实现用普通电煅炉进行炭素颗粒在高于2000℃下的均匀热处理。

炭素材料能够长时间承受2000℃以上，甚至3000℃以上的高温，而且在高温下强度有所提高，具备作为电煅炉内衬的条件。但是，普通的炭素材料，比如普通炭块（砖）或石墨块（砖），其电阻率分别为40μΩ.m和10μΩ.m左右，是电的良导体。在用作电煅炉内衬时，由于普通炭块（砖）或石墨块（砖）的电阻率远远低于电阻料层（炭素颗粒）的电阻率（30000～120000μΩ.m），炉内电流会不走电阻料层，而是从上到下沿普通炭块（砖）或石墨块（砖）内衬流过。此时，由于炉体的总体电阻太小，加热功率上不去；另外，热量在普通炭块（砖）或石墨块（砖）内衬处产生，容易向外散热，使得炉内温度上不去，电煅炉热处理作用失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温、高电阻率的炭砖及其制造方法，用这种炭砖砌筑成电煅炉内衬，可以解决上述电煅炉内衬不能耐高温或者是虽然能够耐高温，但是电阻率太小，以致使得电煅炉不能有效地进行高温均质化处理炭素颗粒原料的问题。

实现本发明之目的的技术解决方案是这样的：一种炭砖，以炭素骨料和有机粘结剂为原料组成，经配料、干混、湿混、模压成型和焙烧制造而成；原料配比按重量百分比：炭素骨料76～84%，有机粘结剂16～24%；炭素骨料选自炭黑、普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、沥青焦、冶金焦和木炭，其中炭黑在炭素骨料配料中是必须要有的，含量为占炭素骨料总量的10～100%（按重量百分比计），剩余0～90%（按重量百分比计）的炭素骨料选自普煅无烟煤、电煅无烟煤、煅烧石油焦、沥青焦、冶金焦和木炭中的一种或两种以上的混合物；有机粘结剂选自改质沥青和中温沥青，或者是中温沥青和煤焦油的混合物。

由于炭黑通常是粒度极细的粉末，对粘结剂的吸附量很大，在炭砖制造过程中不容易混捏均匀，因此优选相对粒度较粗的半补强炭黑为炭砖的原料。

由于炭黑是一种不导电的绝热保温材料，因此，在将占炭素骨料10～100%（按重量百分比计）的炭黑加入到炭砖配料中制造的炭砖，其电阻率为100～1000μΩ.m。用这种炭砖做电煅炉内衬时，虽然炭砖内衬与电阻料层（即炭素颗粒）相比，电阻率仍旧较小，但由于电煅炉内电阻料层的横截面积远大于炭砖内衬的环形截面积，因此，电流会主要流过电阻料层。电阻料层作为电阻，在电煅炉通电后，通过调整电煅炉输入功率，电阻料层发热，使得电煅炉内温度全部达到2000℃以上，而且炭砖炉衬不会被烧坏，并能起到保温作用。

本发明的优选方案是炭黑的量占炭素骨料总量的30～40%（按重量百分比计），此时炭砖的电阻率为300～500μΩ.m。如果炭黑的量不足炭素骨料的30%（按重量百分比计），则所制造炭砖的电阻率会<300μΩ.m，作为电煅炉内衬时，效果不好；而如果炭黑的量超过炭素骨料的40%（按重量百分比计），虽然所制造炭砖的电阻率会更高，但是，炭砖生坯在焙烧过程中会出现裂纹，而且更加不容易混捏均匀，制造困难。