專利名稱：碳塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳塊及其制備方法。本發(fā)明特別是涉及適用于使用電弧爐的硅熔煉工藝中作為原料的碳塊。
由于極高的爐溫，在該溫度下要求碳塊能燃燒，所以用于硅熔煉爐的碳塊要求均勻的性能。因此，這種碳塊最好是直至達(dá)到所述爐的高溫區(qū)時也能保持其完整的結(jié)構(gòu)，所述高溫區(qū)是由電弧的作用在爐內(nèi)形成的，此時，二氧化硅被還原。用于硅熔煉爐的碳塊中最好諸如鈣、鎂、鐵、鋁、鈦等一類金屬雜質(zhì)(硅除外)的含量低。
此外，硅熔煉工藝會產(chǎn)生含硅煙霧和作為副產(chǎn)品的木炭粉一類含碳材料。而含硅煙霧還有某些用途，如水泥或涂料添加劑并且成丸后的含硅煙霧又作為返回到硅熔煉爐中的原料，在某些國家，運(yùn)輸昂貴，其市場通常極小，于是大量的含硅煙霧常常干脆被拋棄。木炭粉同樣也不能直接用于電弧爐，除非先將其制成尺寸適宜的團(tuán)塊。雖然常規(guī)的制團(tuán)方法(如用淀粉粘合劑)可制備出適宜的產(chǎn)品，但此種粘合劑價格昂貴，且產(chǎn)品的性能差，所以該工藝無吸引力。
本發(fā)明的目的是提供一種碳塊及制備適用于使用電弧爐的硅熔煉工藝的碳塊的方法。
要理解到，本說明書中的術(shù)語“含硅煙霧”是指無定形的粉粒狀硅。如上所述，這種形式的氧化硅是處理氧化硅礦的一種副產(chǎn)品，如在氧化硅熔煉爐中熔煉石英，結(jié)果形成一氧化硅氣體，該氣體進(jìn)一步暴露在空氣中氧化，得到的細(xì)顆粒狀的無定形氧化硅。典型地，所說的含硅煙霧含夾帶的碳達(dá)10%，這就使得該物料為灰色，而其剩余部分幾乎為純的二氧化硅。含硅煙霧是由四氯化硅還原而形成也是公知的。
還要理解到，本說明書中術(shù)語“含碳材料”包括炭、炭粉、焦炭、煤、煤炭、石油焦炭及由干餾有機(jī)物或煤得到的任何其他含碳物料。
本發(fā)明提供一種適用于硅熔煉工藝的碳塊，所說碳塊是由含碳材料和含硅煙霧的混合物制得的。該碳塊的制備工藝包括將含硅煙霧和含碳材料與水混合，用常規(guī)的環(huán)輥壓力機(jī)或擠壓方法形成的碳塊，用干燥法使碳塊硬化。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述含碳材料是由炭粉組成的，按重量計，此碳塊中炭粉的含量為10%～99%。雖然任何來源的炭粉均可使用，但可以是作為硅熔煉工藝副產(chǎn)品得到的那樣的炭粉。優(yōu)選的炭粉含有低灰分量。
含硅煙霧是高度細(xì)碎的物料，其優(yōu)選粒度為小于20微米。這一極細(xì)的粒度可使碳塊中氧化硅和碳的混合極為均勻，并且由于使用粒度大的無定形或晶狀氧化硅粘結(jié)在一起的趨勢很小或無此趨勢，從而粒度小有助于碳塊的粘結(jié)。因此，沒有必要使用會將雜質(zhì)引入硅熔煉工藝中的另外的粘結(jié)材料。
當(dāng)然，如將其他的粘合劑用于本發(fā)明的碳塊有利時，這時則應(yīng)當(dāng)別論。如在無任何其他粘合劑時，雖然具有高抗破碎性，但當(dāng)剪切作用時，碳塊往往易碎。使用某些少量的粘合劑會使易碎性降低，耐用性提高。而且，在大量生產(chǎn)，如用環(huán)輥壓力機(jī)時，由于壓力較低，所以在所述爐內(nèi)難于獲得高溫強(qiáng)度足夠的碳塊。通過在制備碳塊時加入不起粘合劑作用但在某種意義上講可被爐的熱量活化以粘結(jié)爐中碳塊的其他物質(zhì)可以克服這一缺點并從而提高其高溫強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的其他粘合劑可選自瀝青、木瀝青、石油瀝青、蠟、木焦油、硬瀝青、煤、動物膠、淀粉、糖、木質(zhì)磺酸鹽、阿拉伯膠、硅酸鹽、聚乙烯醇、酪蛋白等其它粘合劑。
使用由含硅煙霧得到的氧化硅和碳的均勻混合物也可提供具有燃燒均勻特點的本發(fā)明的碳塊并在用于溫度條件苛刻的電弧爐時，硅的產(chǎn)率高。這類爐中的溫度通常超過1200℃，常常高達(dá)1700℃。而且，本發(fā)明的碳塊成型方法不需要價格昂貴的高壓高溫硬化工藝，如濕熱硬化工藝。
根據(jù)以下對一個具體實施方案的描述會對本發(fā)明有更充分的了解。然而，應(yīng)當(dāng)理解，以下的描述并不是對上述本發(fā)明內(nèi)容的限制。
該實施方案涉及欲用于硅熔煉爐的碳質(zhì)團(tuán)塊。如上所述，希望碳塊具有這樣的特色，即在用于硅熔煉爐時在達(dá)到高溫區(qū)時仍保持其結(jié)構(gòu)的完整性，該高溫區(qū)是在熔煉爐內(nèi)由電弧作用產(chǎn)生的，此時會發(fā)生二氧化硅的還原。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由含碳材料和含硅煙霧形成的顆粒提供了一種其中的含硅煙霧起粘合劑作用并還涂復(fù)含碳顆粒以提供含碳顆粒耐燃燒性的組合物。
按照實施方案的一個特定實施例，通過常規(guī)技術(shù)使用沖壓機(jī)或輥壓機(jī)制成含有(以重量計)約70份炭、25份含硅煙霧和30份水的組合物。
最好將含碳材料與含硅煙霧混合，然后使混合物通過錘磨機(jī)以制備粒度小于1毫米的顆粒。雖然為了得到較為均勻的混合物其粒度最好小于1毫米，但該工藝也適用于粒度為5毫米的顆粒。然后將此混合物送入槳式混合器并噴入水直至得到所希望的濕度。
當(dāng)然可以對優(yōu)選的工藝以一系列方式進(jìn)行變更。例如可將含碳材料研磨成細(xì)粉然后再與含硅煙霧混合。任選地，可將含碳材料濕潤后再與含硅煙霧混合(預(yù)研磨式在濕潤時研磨)。
形成碳塊后，最好在80-140℃常規(guī)的干燥爐中將其干燥。可隨干燥速率相應(yīng)的增加或降低而采用較高或較低的溫度。得到的碳塊具有高生球團(tuán)強(qiáng)度并且在干燥后耐磨損，其堅固性足以能經(jīng)受住處理和運(yùn)輸期間所遇到的垂直應(yīng)力。此外，干燥后的碳塊在較高溫度(即1000℃以上)下呈現(xiàn)出十分好的強(qiáng)度，這就保證當(dāng)其用于硅熔煉爐時，能使碳塊中的大部分含碳材料可用于在電弧爐區(qū)域中對硅礦石的還原。
上述實施例中所用的含硅煙霧是硅熔煉工藝中的廢料，而含碳材料又是來源于由于太細(xì)不能用于熔煉工藝中的碳細(xì)粉。從而，本發(fā)明中有利地利用了熔煉工藝中幾乎無用的副產(chǎn)品。而且，根據(jù)本發(fā)明實施方案制得的碳塊不含昂貴的粘合劑或不含由于所得的硅中引入了雜質(zhì)而對所說熔煉工藝有干擾的雜質(zhì)，如上述的金屬雜質(zhì)。而且，碳塊中硅含量以含硅煙霧形式作為熔煉爐的原料，從而減少了在爐的操作中所需的石英量。
雖然，本發(fā)明的范圍并不限于上述實施方案的特定范圍。特別是，本發(fā)明的碳塊也可含其他促進(jìn)含碳材料在低溫下燃燒的適宜的添加劑用于工業(yè)和民用的其他燃燒工藝。
權(quán)利要求
1.一種適用于硅熔煉工藝的碳塊，所述碳塊是由含碳材料和含硅煙霧的混合物形成的。
2.權(quán)利要求1的碳塊，其中所述的含硅煙霧是粒度小于約20微米的無定形氧化硅細(xì)粒。
3.權(quán)利要求1或2的碳塊，其中所述含碳材料是炭粉，以重量計，其量約為所述碳塊的10%～99%。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的碳塊，以重量計，其中所述碳塊為含約70份炭粉、25份含硅煙霧、30份水的組合物。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的碳塊，還包含選自瀝青、木瀝青、石油瀝青、蠟、木焦油、硬瀝青、煤、動物膠、淀粉、糖、木質(zhì)磺酸鹽、阿拉伯膠、硅酸鹽、聚乙烯醇、酪蛋白等其他粘合劑。
6.一種制備權(quán)利要求1-5中任一項碳塊的方法，所述方法包括形成含碳材料和含硅煙霧的混合物，將所得混合物與水混合，用常規(guī)環(huán)輥壓力機(jī)或擠壓方法將其成形為所說的碳塊，通過干燥硬化所制得的碳塊。
7.權(quán)利要求6的方法，其中將所得混合物通過錘磨機(jī)，然后再與水混合以得到粒度小于1毫米的混合物。
8.權(quán)利要求6的方法，其中將所述含碳材料研磨為細(xì)粉后再與含硅煙霧混合。
9.權(quán)利要求6的方法，其中將含碳材料濕潤后再與含硅煙霧混合，預(yù)研磨或在濕潤時研磨。
10.權(quán)利要求6-9中任一項的方法，其中于80℃～140℃溫度下在常規(guī)的干燥爐中對碳塊干燥。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于使用電弧爐的硅熔煉工藝中作為原料的碳鹽。所述碳鹽是由含碳材料和含硅煙霧的混合物制得的。該碳鹽的制備方法包括將含硅煙霧和含碳材料與水混合，用常規(guī)的環(huán)輥壓力機(jī)或擠壓方法形成碳鹽，用干燥法使碳鹽硬化。
文檔編號C01B33/025GK1061991SQ9111112
公開日1992年6月17日 申請日期1991年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月23日
發(fā)明者R·弗蘭克林, M·皮金 申請人:紐法姆能源有限公司