一種SiC耐火原料粉體的製備方法
2023-05-31 18:47:06 3
專利名稱：一種SiC耐火原料粉體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種製備SiC耐火原料的新方法，這種SiC耐火原料的粉體主要用於製備窯具、高爐爐體和鐵水包內襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內襯等耐火製品的原材料，屬於耐火材料製備技術領域。
背景技術：
改革開放以來，我國的鋼鐵工業發展很快，粗鋼產量從1980年的約3700萬噸猛增至1996年的約1億噸，2010年，中國粗鋼產量將達到6. 27億噸。與此同時耐火材料發展十分迅速，2010年全國耐火材料產量2808. 06萬噸。其中緻密定形耐火製品1698. 92萬噸； 不定形耐火製品1044. 74萬噸。與此同時，近年來我國耐火材料產量迅速增加，質量和高性能產品方面也發展很快。2010年，全國耐火材料產量觀08. 06萬噸。其中緻密定形耐火製品1698. 92萬噸；不定形耐火製品1044. 74萬噸。主要採用了以下兩項戰略措施(1)從國外引進位造關鍵產品的先進生產線(技術和設備)；( 組織科技攻關，有效地促進了產品質量升級以及高檔品種的發展結果是(1)用於現代化大型聯合鋼鐵企業、合金鋼企業和水泥迴轉窯的重要耐火產品已基本國內自給，此外，近幾年來每年還有50-80萬噸的耐火製品出口 ；(2)高溫窯爐重要部位耐火材料的使用壽命有了顯著提高，例如，MgO-C磚在氧氣轉爐爐襯的使用壽命從幾百爐提高到幾千爐，採用濺渣護爐技術時甚至可達到幾萬爐。鋼鐵行業是耐火材料消耗的大戶，據報導，2004年全國鋼鐵企業耐火材料消耗量約為900多萬噸，用後耐火材料為400萬噸左右。大量的廢棄耐火材料典型的處理方式就是作為垃圾掩埋，少量被粗糙利用，沒有產生高的附加值，對其處理效果和再生資源利用率很低。這不僅導致資源的浪費，同時帶來環境的汙染。其對環境的汙染主要有以下幾種方式 游離的二氧化矽粉塵引起的矽肺病，氧化鋯原料的放射性，Cr6+的致癌性，耐火纖維和石棉的致癌性，浙青和樹脂揮發分的汙染。由此可見，若對用後耐火材料進行再生利用，不但可以實現固體廢棄物資源化應用，節約國家的礦物資源和能源，大大降低耐火材料的成本和煉鋼成本，同時也能顯著減少環境汙染。用後耐火材料作為廉價的再生資源已得到世界各國充分認識，並在一些技術先進的國家得到了長足的發展。通過使用廉價的用後耐火材料資源，顯著地提高了企業的經濟效益；同時，通過減少廢棄和提高資源的重複利用，不僅為綠色環保做出了貢獻，也產生了顯著的社會效益。隨著用後耐火材料再利用技術研究的不斷發展，用後耐火材料的科技含量、附加值和再利用率將迅速提高，並逐步向「零」排放目標邁進。中國的矽石、煤炭與勞動力資源豐富，有利於大量生產矽磚，矽磚年產量現已超過 30萬噸。矽磚大量應用在高溫耐火行業，近幾年來很多焦爐、高爐和玻璃窯的建設，需要大量的矽磚。這導致了大量廢棄物矽磚和用後矽磚的產生，產生了數量龐大的固體廢棄物。同時對環境產生了極大的危害。如何處理數量龐大的用後矽磚，降低環境汙染，實現廢棄物再利用，節能減排的目標，是我國政府高度重視的問題。本研究發明著力於解決用後矽磚的再利用，實現變廢為寶，消除環境汙染，降低冶金等行業生產費用。採用碳熱還原工藝使用後矽磚轉化為SiC，作為生產耐火材料的原料。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本較低、能耗較低、物相純度較高的SiC耐火原料粉體的製備方法。本發明涉及一種SiC耐火原料粉體製備的新方法，其特徵在於本發明以用後矽磚和焦炭粉(或其它炭素材料如使用前後的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑)為主要原料，然後經成型(可以為幹壓成型、半乾壓成型或等靜壓成型，也可以將原料成型為球形顆粒或直接將配合料裝在匣缽中等耐火製品中)、乾燥、裝窯、 碳熱還原燒成、冷卻、破碎、粉碎、磨細等工藝過程製備出SiC耐火原料粉體。本發明所製備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量矽鐵，各物相 β -SiC+C+Si02+Si3Fe5所佔總比例大99%，其中β -SiC所佔總物相比例大於95 %。這種 SiC耐火原料粉體主要用於窯具、高爐爐體和鐵水包內襯、有色金屬冶煉坩堝，耐磨內襯等耐火製品。所述用後矽磚加入量為0. 1 99. 0%，所述焦炭粉(或者其它碳還原劑)加入量的質量百分比為0. 1 99.0%。所述用後矽磚來自高爐冶金行業；矽磚中要求SiA含量百分比大於90%。所述焦炭粉為通常市售工業原料，也可以用其它炭素材料如使用前後的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含量百分比大於90%，一般粒徑小於1. 50mm。所述碳熱還原反應所用的埋碳材料焦炭顆粒為市售工業原料，其純度一般不小於 90%。將用後矽磚粉和焦炭粉(或其它炭素材料如使用前後的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑)按一定配比混合後加入球磨機中球磨0. 1 24h 至用後矽磚粉與碳還原劑二者均勻混合，球磨的方式可以選用幹法球磨或溼法球磨。其中球磨介質可以選用陶瓷球或瑪瑙球等，溼法球磨選用的球磨液可以是水或無水乙醇等。然後將混合均勻的原料經過成型、乾燥等工藝過程製成坯體，其中成型工藝可以是幹壓成型、 半乾壓成型或等靜壓成型，也可以將原料採用盤式成球機成型為球形顆粒或直接將配合料裝在匣缽等耐火製品中。將乾燥好的坯體(或成形後的球形顆粒，或直接裝在匣缽等耐火製品中的配合料)置於熱工窯爐中加熱經碳熱還原燒成，熱工窯爐可以是馬弗式燃氣窯或燃煤窯。坯體 (或成形後的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火託板等耐火製品中的配合料)經過常溫至 1550°C或者1600°C的溫度範圍內的碳熱還原燒成過程中需要通過埋碳提供還原氣氛，升溫速度沒有特定要求，並在最終燒成溫度下保溫30分鐘-90小時，然後在還原氣氛下自然冷卻至室溫後即得到SiC耐火原料。根據實際生產需要將上述SiC耐火原料經破碎、粉碎、磨細等工藝過程即可製備出所述SiC耐火原料粉體。本發明所製備的SiC耐火粉體原料的主要物相組成為β -SiC和少量C、方石英以及微量矽鐵等，該SiC耐火原料不僅可以單獨作為耐火材料使用，也可以添加到其他耐火材料中以提高其性能。
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本發明涉及的這種製備SiC耐火原料粉體的新方法具有設備簡單、成本低廉、製備過程消耗能量少、粉體物相純度較高以及便於大規模生產等突出優勢，同時也為用後矽磚的高效增值利用、實現工業生產中節能減排、保護環境的可持續發展提供一條新的技術途徑。
具體實施例方式實施例1原料及配比用後矽磚粉加入量為，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小於0.074mm;焦炭粉加入量為44. 6wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小於 0. 150mmo配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機，幹法球磨他，將原料充分混合均勻， 粒度小於0. 150mm,孔徑篩篩餘量小於2. Owt %。成型或成球將球磨混合好的料加入混料機中加入適量水後混合，然後把物料在成型機成型為坯體(或用成球機成形為球形顆粒)。乾燥成型後的試樣在室溫下自然乾燥12h，然後在乾燥窯中於100°C乾燥12h，使試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將乾燥好的試樣在大匣缽中進行埋碳，密封匣缽後裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設定為1600°C並保溫6小時。上述燒成產物經過自然冷卻後，根據實際生產需要經破碎、粉碎、磨細等工藝過程即可製備出所述SiC耐火原料粉體。所製備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量C以及微量矽鐵。實施例2原料及配比用後矽磚粉粉加入量為45.45wt%，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小於0. 074mm ；焦炭粉加入量為54. 55wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小於 0. 150mmo配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機，幹法球磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小於0. 150mm，孔徑篩篩餘量小於2. Owt %。成型或成球將球磨混合好的原料加入混料機中加入適量水後混合，然後把物料在成型機上成型為坯體(或用成球機成形為球形顆粒)。乾燥成型後的試樣在室溫下自然乾燥12h，然後在乾燥窯中於100°C乾燥12h，使坯體試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將乾燥好的試樣在大匣缽中進行埋碳，密封匣缽後裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設定為1600°C並保溫3小時。上述燒成產物經過自然冷卻後，根據實際生產需要經破碎、粉碎、磨細等工藝過程即可製備出所述SiC耐火原料粉體。所製備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量的C、方石英以及微量矽鐵。實施例3原料及配比用後矽磚粉加入量為55.45wt%，其中SiO2含量百分比為95.0%，平均粒徑為小於0. 074mm ；炭黑加入量為44. 55wt %，其中C含量百分比為99. 0 %，平均粒徑為小於 0. 088mm。配料、混料首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機，幹法球磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小於0. 150mm，孔徑篩篩餘量小於2. Owt %。成型或成球將球磨混合好的原料加入混料機中加入適量水後混合，然後把物料在成型機上成型為坯體(或用成球機成形為球形顆粒)。乾燥成型後的試樣在室溫下自然乾燥12h，然後在乾燥窯中於100°C乾燥12h，使坯體試樣的含水率< 1.0%。碳熱還原燒成將乾燥好的試樣在大匣缽中進行埋碳，密封匣缽後裝入馬弗爐中碳熱還原燒成， 燒成溫度設定為1550°C並保溫6小時。上述燒成產物經過自然冷卻後，根據實際生產需要經破碎、粉碎、磨細等工藝過程即可製備出所述SiC耐火原料粉體。所製備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分為β-SiC 和少量C、方石英以及微量矽鐵等。
權利要求
1.本發明涉及一種SiC耐火原料製備的新方法，其特徵為碳熱還原用後矽磚製備SiC 耐火原料粉體。本發明所製備的SiC耐火原料粉體的主要成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量矽鐵，各物相β "SiC+C+Si02+Si3Fe5所佔總比例大於99%，其中β -SiC所佔比例大於95%。這種SiC耐火原料粉體主要用於製備窯具、高爐爐體和鐵水包內襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內襯等耐火製品的SiC耐火材料。
2.根據權利要求1所述的一種SiC耐火原料粉體的製備方法，其特徵在於所述用後矽磚為使用後的高爐內襯用後矽磚經破碎、粉碎、磨細後所得到的粉料，其主要化學成分為 SiO2,同時含有少量鐵雜質，粒度為不高於74 μ m。另外，最好寫明其中含有S^2和其他雜質各自所佔的百分含量。
3.根據權利要求1所述的一種SiC耐火原料粉體的製備方法，其特徵在於所述SiC 耐火原料製備新方法的特徵為本發明以用後矽磚和焦炭粉(也可以是石墨粉或炭黑)為主要原料，將其按一定比例混合，然後經成型(可以為幹壓成型、半乾壓成型或等靜壓成型，也可以將原料成型為球形顆粒或直接將配合料裝在匣缽中、耐火託板等耐火製品中)、 乾燥、裝窯、碳熱還原燒成、冷卻、破碎、粉碎、磨細等工藝過程製備出SiC耐火原料粉體。所述用後矽磚加入量為0. 1 99. 0% (質量百分比)，所述焦炭粉、石墨或炭黑加入量的為 0. 1 99.0% (質量百分比)。
4.根據權利要求1所述的一種製備SiC耐火原料粉體的方法，其特徵在於所述焦炭粉為通常市售工業原料，也可以用其它炭素材料如使用前後的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、浙青粉、石油焦粉、活性炭黑等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含量百分比大於 90%，一般粒徑小於1. 50mm。
5.根據權利要求1所述的一種製備SiC耐火原料粉體的方法，其特徵在於所述碳熱還原過程採用埋碳工藝，所用的埋碳材料為工業原料焦炭顆粒，其純度一般不小於90%，粒度為 0. I-Imm0
全文摘要
本發明涉及一種SiC耐火原料粉體的製備方法，屬於耐火材料製備技術領域。其特徵是在適當的高溫環境下以焦炭粉或炭黑碳熱還原用後矽磚製備SiC耐高溫原料，並經破碎、粉碎、磨細等工藝製成這種SiC耐火原料粉體主要用於製備窯具、高爐爐體和鐵水包內襯、有色金屬冶煉坩堝、耐磨內襯等耐火製品的SiC耐火材料。本發明所製備的SiC耐火粉體原料的主要組成成分有β-SiC和少量C、方石英以及微量矽鐵。本發明所涉及的這種製備SiC耐火原料粉體的新方法具有設備簡單、成本低廉、製備過程消耗能的能量少的特點，為用後矽磚的高效增值利用提供一條新的技術途徑，為降低耐火材料和冶金行業的生產成本提供了一個新的思路，具有保護環境、節能減排等突出優勢。
文檔編號C04B35/66GK102424586SQ20111026253
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者劉豔改, 房明浩, 李文娟, 潘子鶴, 黃朝暉 申請人:中國地質大學(北京)