[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

耐火材料的特征在于，在高温下例如，在高于1000℃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℃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℃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℃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℃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，本发明基本的目的在于，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。

发明内容

根据本发明，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℃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℃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℃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。