自焙炭磚的生產(chǎn)工藝和預焙炭磚的部分生產(chǎn)工藝是一樣的,只是自焙炭磚比預焙炭磚少了一道預先焙燒工藝。人們常說的自焙炭磚是一種新型炭質(zhì)筑爐材料,并非是指自焙炭磚生產(chǎn)原料和生產(chǎn)工藝是新研究開發(fā)的,而是說用自焙炭磚的這種筑爐工藝是全新的,所以在這點還是要分清不要誤解。
一:自焙炭磚焙燒的五個階段
隨著溫度的不斷提高,自焙炭磚中的煤瀝青同時進行著分解和縮聚反應直至炭化,自焙炭磚中的骨料中殘存的原子團部分也參與煤瀝青的這一反應,另外焙燒過程中的升溫速度、壓力等因素也對這一反應產(chǎn)生影響,所以自焙炭磚的焙燒過程是一個復雜的物理化學過程,只能大致分為五個階段。
第一階段,溫度從室溫至200℃,自焙炭磚開始軟化,處于塑性狀態(tài),體積略有膨脹,液態(tài)的粘結(jié)劑緩慢地擴散、流動、重新分布。這一階段升溫過慢會使自焙炭塊變形。
第二階段,溫度200~300℃,自焙炭塊排出水分,二氧化碳、輕餾組分,并部分進行分解縮聚反應。在這一階段升溫速度過快不利于煤瀝青的結(jié)焦。
第三階段,溫度300~750℃,粘結(jié)劑在此溫度段進行大量的分解、聚合反應形成焦炭,較慢的升溫有利于瀝青結(jié)焦聚合反應的充分進行,瀝青的結(jié)焦量增大則整體自焙炭磚的焙燒強度就越高。
第四階段,溫度750~1800℃,在此溫度下自焙炭磚中骨料、粘結(jié)劑形成的瀝青焦中的氫、氧等異類原子逐漸斷裂排除,炭磚進一步收縮及致密化。
第五階段,溫度大于1800℃,在礦熱爐底電極坩堝反應區(qū)下局部地方溫度可以達到石墨化溫度自焙炭磚開始石墨化。
二:自焙炭磚在焙燒過程中的物理化學性能的變化
① 揮發(fā)分 自焙炭磚以煤瀝青做粘結(jié)劑,揮發(fā)分在8%~11%左右,產(chǎn)品溫度在200℃以前揮發(fā)分的排出不明顯:在200℃以后逐漸增加:500℃以上排出變慢大約在1100℃以后才基本結(jié)束。
② 機械強度 隨著溫度的升高,粘結(jié)劑開始軟化,炭質(zhì)顆粒間結(jié)合力降低,自焙炭磚的強度下降,到400℃時降到最低點,這是因為這一階段大量排出揮發(fā)分,孔度增加,顆粒間的結(jié)合作用變差,所以炭磚的強度很低。450℃以后隨著溫度的不斷升高,粘結(jié)劑發(fā)生焦化以及焦化網(wǎng)的形成和硬化,所以炭塊的強度又逐漸增高。
③體積的收縮
自焙炭磚在100℃左右時,炭塊開始軟化,體積開始增加,到400℃左右時達到最大值,400℃開始收縮,一直到800℃之后收縮速度急劇下降,繼續(xù)加熱還會有較慢的收縮,一般焙燒后的自焙炭磚可以收縮1%~3%。
④其他性能變化
自焙炭磚焙燒后抗氧化能力增強,抗鐵水沖刷能力、抗熔渣侵蝕能力增強:導熱性能有較大提高。
真密度隨溫度的升高而升高。當焙燒溫度低于原料煅燒溫度時,主要是因為粘結(jié)劑的焦化導致真密度提高,此時升高的幅度較小,當焙燒溫度超過原料煅燒溫度后,炭磚開始石墨化,此時真密度提高較快。
體積密度隨溫度的變化比較復雜,總體是體積密度是隨著炭磚揮發(fā)分的排出而減少。