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石墨粘土砖从原料到生产工艺的全面揭秘

石墨粘土砖是以天然石墨为原料,以粘土作结合剂制得的耐火砖。石墨具有良好的导热性,耐高温,不与金属熔体作用,热膨胀小。这类耐火砖有石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖及盛钢桶衬砖等。其中生产最多应用最广的是炼钢和熔炼有色金属石墨粘土坩埚。
石墨粘土坩埚的生产工艺与粘土砖生产工艺相似。但其坯料需要仔细地混练,长时间困料,比较缓和的干燥制度和烧成温度不同。
一、原料
天然石墨按其产出状态可分为晶质石墨和土状石墨两类。工业上把石墨晶体直径大于1μrn的鳞片状和块状石墨称为晶质石墨,晶体直径小于1μrn在显微镜下也难辨认出结晶形状的称为土状石墨又称隐晶质或非晶质石墨。
石墨在常压下不能熔融,而在约3000℃升华。它是强度随着温度升高而增大的少数材料之一,到2400—2500℃石墨的强度明显增大。在2100℃以下不产生塑性流动,只是在2300℃以上在0.69MPa荷重下才开始显示少许塑性流动。
石墨的热导率很大,并且有明显的各向异性,在平行于层面方向上的热导率约为垂直于层面方向的热导率的三倍。热膨胀性也是如此。
石墨在氧化气氛和高温下易氧化燃烧掉,因此其抗氧化能力是人们十分关注的问题。石墨的氧化速度与其晶体结构,粒度和灰分含量有关。鳞片状石墨具有较强的抗氧化能力,灰分含量少的较易氧化。
石墨的质量通常以固定碳、挥发分、灰分的含量百分率和粒度等指标衡量。灰分含量过多会沾污金属,降低耐火砖的耐火度,专热性,化学稳定性等性尽。石墨的鳞片大能增加坯料的塑性,促使坯体更加紧密而且不易燃烧。因此作为耐火材料用的石墨,以鳞片结晶大和灰分含量少为优。
结合粘土和熟料的要求与其它耐火砖类似。熟料在使用前要粉碎至2mm或更细些为宜。过大的熟料颗粒会破坏石墨的鳞片状排列。生产中采用的熟料有粘土熟料,蜡石熟料或硅石熟料。
二、生产工艺
依粘土性质,石墨特性和坩埚用途不同,石墨粘土砖配料各成分的含量可以在以下范围内变动:粘土30—40%,石墨35—50%,熟料或硅石10—30%。制造炼钢用均埚,泥料中含石墨最好在40—50%。 若石墨数量过多,则会使钢中增碳,减少石墨含量,则会降低坩埚壁的传热性,从而延长冶炼时间。坯料的加工处理是石墨粘土均埚生产的关键问题之一。鳞片状石 墨具有滑动性,很难与别的颗粒混合。必须仔细地进行干混合后,再加水湿混合。按成型方法不同,加水量不同,可塑泥料的水分为17—18%,半干坯料为9—10%。可塑坯料最好用真空挤泥机进行,处理,这样可减少耐火砖的断面裂纹和使坯料更加致密。可塑坯料总混合时间约为30—40min:半干坯料约为40~460min。
混好的坯料在困料室中困置15—20天。坯料经困置后,再经挤泥机挤成泥段,送往成型供使用。半干成型坯料亦需经再混合后使用。
大型石墨粘土坩埚多采用可塑法手工成型,小型坩埚可采用半干法机压成型或等静压法成型。在成型过程中,由于鳞片状石墨晶体的各向异性,它在坯料中的排列状态 对耐火砖的性质有显著影响。若采用使鳞片状石墨与坩埚侧壁表面成垂直排列的成型方法,则耐火砖的热导率增加。反之如采用与侧壁表面成平行排列的成型方法, 则会制得抗渣性强,荷重软化点高,耐热冲击和热导率较前者小的耐火砖。
成型后经修坯送往干燥。由于石墨粘土坩埚的坯体在干燥时体积收缩较大(尤其是可塑法成型的),干燥必须十分小心缓慢地进行。
石墨粘土坩埚通常在倒焰窑内烧成。为了防止石墨在高温下氧化,须将坯体装在填满炭粒的匣钵中煅烧,或在坩埚表面涂一层由长石(或硼砂)、石英岩、粘土等配成的釉料,则坩埚可直接装窑烧成。但窑内气氛仍不能是强氧化性的。400—500℃以前为粘土脱水阶段,升温速度缓慢,以后可快速升温。烧成温度为1000—1150℃。在生产中,烧成经验是“小火稳,中火快,大火要烧还原焰。。出窑后的成品为防止吸水,在耐火砖表面上应均匀涂抹一层防潮剂(沥青防潮漆),便于保存。
石墨粘土坩埚耐火砖要求具有一定的机械强度,能承受金属的荷重,便于熔铸操作,还应有良好的热导性,热震稳定性和抗渣性。
采用沥青、焦油代替结合粘土,碳化硅代替熟料,制得碳结合的石墨坩埚,这在国外也逐渐得到大量应用。


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