CN101570442A - 刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料 - Google Patents

刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料，属于耐火材料；旨在提供一种中温强度高、抗热震性和抗冲刷磨损性能好的不定形耐火材料。按重量百分比计算，它由89～96％湿泥料、2～6％铝酸钙水泥、2～5％结合剂均匀混合而成；结合剂由20～30％的工业氢氧化铝细粉、67～79％浓度为45％的磷酸、1～3％的氧化铬绿微粉配制而成，湿泥料是以一定颗粒级配的刚玉，或刚玉与莫来石的混合物为骨料、通过添加结合剂和添加剂配制而成，添加剂由60～76％白刚玉粉、15～25％活性氧化铝微粉、5～15％硅微粉、3～8％三聚磷酸钠、1～8％硼酸钠配制而成。本发明是主要用于循环流化床锅炉内衬及水泥窑内衬的理想耐火浇注材料。

Description

刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料
技术领域：
本发明涉及一种耐火材料，尤其涉及一种不定形耐火材料。
背景技术：
众所周知，循环流化床锅炉的温度变化大、含尘气体对炉膛的冲刷剧烈，炉膛容易磨损。目前，用于修复炉膛的不定形耐火材料主要有高铝质耐磨耐火浇注料、刚玉莫来石质耐磨浇注料等；前者是以一定颗粒级配的高铝矾土熟料为骨料、以硅微粉和高铝水泥为结合剂混合而成，其优点是成本较低；但因高铝矾土熟料所含杂质较多，同时在配料中加入了一定量的高铝水泥，在中温使用时会形成熔点和性能较低的钙长石和钙铝黄长石，从而导致其在中温下使用时浇注料的强度、抗热震性和抗冲刷磨损性能较差，使得循环流化床锅炉的寿命较短。后者是以高铝矾土熟料、刚玉、莫来石为主要原料，通过添加适量的高铝水泥或纯铝酸钙水泥为结合剂制备而成；由于在配料中添加了刚玉、莫来石组分，因而可有效提高浇注料的抗热震性能和抗冲刷磨损性能，目前在实际工程中广泛使用此类浇注料；但由于结合剂仍为高铝水泥或纯铝酸钙水泥，中温强度不高、抗热震性能和抗冲刷磨损性能还存在一定的缺陷。因此，如何提高浇注料的中温强度、如何提高抗热震性能和抗冲刷磨损性能目前已经成为摆在国内外耐火材料生产企业面前的一个严重要课题；为此，有的企业完全采用刚玉和莫来石为原料，以纯铝酸钙水泥为结合剂来制备刚玉莫来石质耐磨浇注料，由于原料杂质少，因而可有效提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能，但由于成本较高，在实际工程中很少使用。
发明内容：
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种能够提高浇注料中温强度、抗热震性能和抗冲刷磨损性能的刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：它由下列重量百分比的原料均匀混合而成：湿泥料89～96％、铝酸钙水泥2～6％、结合剂2～5％；
所述铝酸钙水泥的理化指标如下：
表1：铝酸钙水泥
  项目   Al2O3   CaO   粒度   耐火度   初凝时间
  铝酸钙水泥   ＞68％   ＜30％   ＜0.088mm   ＞1560℃   ≥45min
所述结合剂由下列重量百分比的原料均匀混合，缓慢加热至90～100℃、保温30～60分钟制备而成：工业氢氧化铝细粉20～30％、浓度为45％的磷酸67～79％、氧化铬绿微粉1～3％；
所述湿泥料由下列重量百分比的原料均匀混合而成：粒度为5～8mm的粗粒骨料10～30％、粒度为3～5mm的中粒骨料10～30％、粒度为0.5～3mm的细粒骨料15～35％、结合剂10～18％、添加剂30～50％，所述粗粒骨料、中粒骨料、细粒骨料是刚玉，或90％的刚玉与10％的莫来石两者的混合物；所述刚玉、莫来石的理化指标如下：
表2：刚玉
  项目   Al2O3   Fe2O3   SiO2   耐火度   体积密度
  刚玉   ＞95％   ＜0.3％   ＜1.0％   ＞1790℃   ＞3.9g/cm3
表3：莫来石
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度
  莫来石   ＞70％   ＜0.3％   ＜0.3％   ＞1790℃   ＞2.8g/cm3
所述添加剂由下列重量百分比的原料配制而成：白刚玉粉60～76％、活性氧化铝微粉15～25％、硅微粉5～15％、三聚磷酸钠3～8％、硼酸钠1～8％，所述白刚玉细粉、活性氧化铝微粉、硅微粉的理化指标如下：
表4：白刚玉细粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度
  白刚玉细粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜0.088mm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表5：活性氧化铝微粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   粒度   耐火度   体积密度
  活性氧化铝微粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜4μm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表6：硅微粉
  项目   SiO2   C   粒度   烧失量   PH值
  硅微粉   ＞90％   ＜2.0％   ＜50μm   ＜6％   4.5～7
添加剂由所述各原料混合均匀，共磨20～30分钟制备而成。
根据耐火材料的相关理论可知：耐火材料的中温性能主要决定于结合剂的性能，若结合剂在中温下能与耐火材料中的骨料发生反应，并生成具有优良性能的结合相，则可有效地提高耐火材料的中温性能。耐火材料的抗热震性主要取决于骨料和基质的热膨胀系数，在工作温度下若热膨胀系数小，则抗热震性好；因此在耐火材料中添加热膨胀系数小的添加剂，可改善基质与骨料之间的结合性能，从而可有效地提高材料的抗热震性能。耐火材料的抗冲刷磨损性除了与使用的骨料有关外，还与材料的颗粒级配、以及骨料与基质的结合种类等有很大的关系；合理的颗粒级配可有效地提高材料的致密度，从而使其抗冲刷磨损性能得到改善；同时在工作温度下基质与骨料之间的陶瓷结合可有效地提高材料的抗冲刷磨损性能。
与现有技术比较，本发明从上述关理论出发，结合循环流化床锅炉耐火材料内衬的特点，同时根据等球径体堆积原理和传统材料的损毁机理提出了上述技术方案；由于该方案优化了浇注材料中的刚玉，或刚玉与莫来石混合物骨料的颗粒级配，并且采用了能够在中温下与骨料发生反应并生成优良性能结合相的结合剂以及具有较低热膨胀系数的添加剂，因此不但能够较大幅度地提高浇注材料的中温强度、抗热震稳定性和抗冲刷磨损性能，延长了使用寿命，而且还提高了材料在锅炉内壁的附着性以及材料的施工性能，大大缩短了养护时间。经测试，本发明的主要技术指标如下：
Al2O3≥90％；SiO2≥5％；
体积密度≥3.00g/cm3；
耐火度≥1790℃；
抗热震稳定性能≥25次；
耐压强度：≥90MPa(110℃×24h)，≥160MPa(1100℃×3h)；
抗折强度：≥12MPa(110℃×24h)，≥28MPa(1100℃×3h)；
线变化率/％：-0.2∽+0.2(110℃×24h)
-0.4∽+0.4(1100℃×3h)
实践证明，本发明的中温强度、抗热震性能和抗冲刷磨损性能等指标均优于目前同类产品，完全能够满足循环流化床锅炉的使用要求；而且生产成本与目前普通刚玉莫来石质耐火浇注料的生产成本基本相当。
具体实施方式：
下面以结合具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
1)取工业氢氧化铝细粉75千克、浓度为45％的磷酸167.5千克、氧化铬绿微粉7.5千克混合均匀，缓慢加热至100℃、保温60分钟，制成结合剂250千克备用；
2)取白刚玉粉300千克、活性氧化铝微粉125千克、硅微粉25千克、三聚磷酸钠40千克、硼酸钠10千克混合均匀，共磨30分钟制成添加剂500千克备用；其中，白刚玉细粉、活性氧化铝微粉、硅微粉的理化指标如下：
表4：白刚玉细粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度
  白刚玉细粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜0.088mm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表5：活性氧化铝微粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   粒度   耐火度   体积密度
  活性氧化铝微粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜4μm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表6：硅微粉
  项目   SiO2   C   粒度   烧失量   PH值
  硅微粉   ＞90％   ＜2.O％   ＜50μm   ＜6％   4.5～7
3)取粒度为5～8mm的粗粒骨料100千克、粒度为3～5mm的中粒骨料300千克、粒度为0.5～3mm的细粒骨料150千克、所述结合剂100千克、所述添加剂350千克均匀混合制成湿泥料1000千克备用；其中，所述粗粒骨料、中粒骨料、细粒骨料是刚玉，或90％的刚玉与10％的莫来石两者的混合物；刚玉、莫来石的理化指标如下：
表2：刚玉
  项目   Al2O3   Fe2O3   SiO2   耐火度   体积密度
  刚玉   ＞95％   ＜0.3％   ＜1.0％   ＞1790℃   ＞3.9g/cm3
表3：莫来石
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度
  莫来石   ＞70％   ＜0.3％   ＜0.3％   ＞1790℃   ＞2.8g/cm3
4)取所述湿泥料890千克、铝酸钙水泥60千克、结合剂50千克混合，搅拌均匀即制得1000千克本发明产品；其中，铝酸钙水泥的理化指标如下：
表1：铝酸钙水泥
  项目   Al2O3   CaO   粒度   耐火度   初凝时间
  铝酸钙水泥   ＞68％   ＜30％   ＜0.088mm   ＞1560℃   ≥45min
实施例2
各步骤同实施例1；其中：
步骤1)中的结合剂由工业氢氧化铝细粉50千克、磷酸197.5千克、氧化铬绿微粉2.5千克，加热至90℃、保温30分钟制备而成；
步骤2)中的添加剂由白刚玉粉380千克、活性氧化铝微粉75千克、硅微粉25千克、三聚磷酸钠15千克、硼酸钠5千克，共磨20分钟制备而成；
步骤3)中的湿泥料由粗粒骨料150千克、中粒骨料100千克、细粒骨料150千克、结合剂100千克、添加剂500千克制备而成；
步骤4)中的本发明产品由湿泥料960千克、铝酸钙水泥20千克、结合剂20千克制得。
实施例3
各步骤同实施例1；其中：
步骤1)中的结合剂由工业氢氧化铝细粉62.5千克、磷酸182.5千克、氧化铬绿微粉5千克，加热至100℃、保温40分钟制备而成；
步骤2)中的添加剂由白刚玉粉330千克、活性氧化铝微粉75千克、硅微粉75千克、三聚磷酸钠15千克、硼酸钠5千克，共磨25分钟制备而成；
步骤3)中的湿泥料由粗粒骨料300千克、中粒骨料100千克、细粒骨料150千克、结合剂150千克、添加剂300千克制备而成；
步骤4)中的本发明产品由湿泥料925千克、铝酸钙水泥40千克、结合剂35千克制得。
实施例4
各步骤同实施例3；其中：
步骤1)中的保温时间为50分钟；
步骤2)中的添加剂由白刚玉粉300千克、活性氧化铝微粉95克、硅微粉45千克、三聚磷酸钠20千克、硼酸钠40千克，共磨25分钟制备而成；
步骤3)中的湿泥料由粗粒骨料110千克、中粒骨料100千克、细粒骨料350千克、结合剂140千克、添加剂300千克制备而成。
实施例5
各步骤同实施例3；其中：
步骤2)中的添加剂由白刚玉粉360千克、活性氧化铝微粉75克、硅微粉25千克、三聚磷酸钠30千克、硼酸钠10千克，共磨25分钟制备而成；
步骤3)中的湿泥料由粗粒骨料100千克、中粒骨料175千克、细粒骨料245千克、结合剂180千克、添加剂300千克制备而成。
实施例6
各步骤同实施例3；其中：
步骤2)中的添加剂由白刚玉粉300千克、活性氧化铝微粉110克、硅微粉60千克、三聚磷酸钠15千克、硼酸钠25千克，共磨25分钟制备而成；
步骤3)中的湿泥料由粗粒骨料200千克、中粒骨料150千克、细粒骨料150千克、结合剂100千克、添加剂400千克制备而成。

Claims (1)

1.一种刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料，其特征在于由下列重量百分比的原料均匀混合而成：湿泥料89～96％、铝酸钙水泥2～6％、结合剂2～5％；
所述铝酸钙水泥的理化指标如下：
表1：铝酸钙水泥
  项目   Al2O3   CaO   粒度   耐火度   初凝时间   铝酸钙水泥   ＞68％   ＜30％   ＜0.088mm   ＞1560℃   ≥45min
所述结合剂由下列重量百分比的原料均匀混合，缓慢加热至90～100℃、保温30～60分钟制备而成：工业氢氧化铝细粉20～30％、浓度为45％的磷酸67～79％、氧化铬绿微粉1～3％；
所述湿泥料由下列重量百分比的原料均匀混合而成：粒度为5～8mm的粗粒骨料10～30％、粒度为3～5mm的中粒骨料10～30％、粒度为0.5～3mm的细粒骨料15～35％、结合剂10～18％、添加剂30～50％，所述粗粒骨料、中粒骨料、细粒骨料是刚玉，或90％的刚玉与10％的莫来石两者的混合物；所述刚玉、莫来石的理化指标如下：
表2.刚玉
  项目   Al2O3   Fe2O3   SiO2   耐火度   体积密度   刚玉   ＞95％   ＜0.3％   ＜1.0％   ＞1790℃   ＞3.9g/cm3
表3：莫来石
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度   莫来石   ＞70％   ＜0.3％   ＜0.3％   ＞1790℃   ＞2.8g/cm3
所述添加剂由下列重量百分比的原料配制而成：白刚玉粉60～76％、活性氧化铝微粉15～25％、硅微粉5～15％、三聚磷酸钠3～8％、硼酸钠1～8％，所述白刚玉细粉、活性氧化铝微粉、硅微粉的理化指标如下：
表4：白刚玉细粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   氧化物杂质   耐火度   体积密度   白刚玉细粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜0.088mm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表5：活性氧化铝微粉
  项目   Al2O3   Fe2O3   粒度   耐火度   体积密度   活性氧化铝微粉   ＞99％   ＜0.2％   ＜4μm   ＞1790℃   ＞3.95g/cm3
表6：硅微粉
  项目   SiO2   C   粒度   烧失量   PH值   硅微粉   ＞90％   ＜2.0％   ＜50μm   ＜6％   4.5～7
添加剂由所述各原料混合均匀，共磨20～30分钟制备而成。
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