CN101704659B - 抗裂不定形耐酸浇注料、抗裂耐酸保温防护层及其制造方法 - Google Patents

抗裂不定形耐酸浇注料、抗裂耐酸保温防护层及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于余热回收设备或化工设备的抗裂耐酸不定形浇注料，以及用该浇注料形成的保温防护层及其制作方法。所述浇注料用水玻璃为粘结剂，以氟硅酸钠或缩合磷酸铝粉为固化剂，以陶粒和珍珠岩粒为保温材料，以辉绿岩粉和石英砂为充填料，以糠醇为改性剂，并加玻璃纤维纱作为抗裂增强材料。所述保温防护层包括多孔保温层和密实抗渗层，既起到保温作用，又防止了酸液的渗透。所述浇注料可耐各种浓度的硫酸、盐酸等，同时具有良好的抗裂能力，耐温可达500℃。

Description

抗裂不定形耐酸浇注料、抗裂耐酸保温防护层及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于节能、环保、冶金、化工领域，需要保温，同时又有液体酸腐蚀的设备或装置所用的不定形浇注料，尤其涉及一种具有抗裂抗渗性能的不定形浇注料。 
本发明还涉及一种使用不定形浇注料所形成的抗裂耐酸保温防护层。 
本发明还涉及上述抗裂耐酸保温防护层的制造方法。 
背景技术
在焚硫制SO2生产中，尾部烟气热量回收时，当温度到达露点以下，将产生硫酸凝结，凝结的硫酸浓度为93％，一般露点温度在220℃。浓硫酸在50℃以上时对钢材有较大的腐蚀，所以烟气余热回收装置中的换热管采用搪瓷管制作，装置的外壳内表面采用浇注料形成保温隔热层，保证外壳温度低于50℃。在烟气热能回收中，同样存在烟气露点腐蚀，一般凝结的硫酸浓度在80％以上。为解决这类设备外壳的保温和腐蚀问题，通常的方法，均是在该设备外壳的内表面上均匀浇注耐酸保温浇注料进行固化养护，以形成耐酸保温层。 
例如ZL03121900.4所公开的一种防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料及其制造方法，其浇注料主要由耐酸耐热的无机轻集料颗粒1.29-7.74％(重量)、耐酸耐热粉料0.77-4.58％(重量)、耐酸耐热结合剂1.00-4.52％(重量)及外加剂0.13-0.94％(重量)组成，将各种原料按上述配比称重，经机械或人工搅拌均匀、浇注振捣成型，1-5天拆模，自然干燥养护，获得体积密度为700-1800kg/m3，强度为5MPa-25MPa的不同种类与用途的防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料层。该浇注料层主要用作烟气通道内衬，以加强烟囱的气密性及防腐抗裂能力，同时降低了烟囱自重，节省材料及施工费用。 
但是，上述现有的浇注保温层为了实现良好的保温性能，同时尽可能减轻设备整体重量，通常在浇注中使用大量多孔材料，一但酸液渗入，则将增加保温层导热系数，降低保温性能，并无法防止设备外壳腐蚀。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一，是提供一种可适用于节能、环保、冶金、化工等多领域，具有耐酸、耐高温及抗裂性能的不定形浇注料。 
本发明所述抗裂不定形耐酸浇注料，包括粘结剂、固化剂及充填料，所述浇注料加入玻璃纤维纱作为抗裂增强材料。 
本发明要解决的第二个技术问题，是提供一种可适用于节能、环保、冶金、化工等多领域，具有耐酸、耐高温及抗裂、抗渗性能的防护层。 
本发明所述抗裂耐酸保温防护层，包括保温层和密实层；所述保温层由如下所述的第一抗裂不定形耐酸浇注料浇注形成，所述密实层由如下所述的第二抗裂不定形耐酸浇注料浇注形成。 
本发明所述的第一抗裂不定形耐酸浇注料，所述粘结剂为水玻璃，其模数为M2.6-3.0；所述固化剂为粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，其粒度为小于100目；所述充填料为辉绿岩粉，其粒度小于200目；所述玻璃纤维纱的直径为0.2-1.5mm，长度为15-50mm；浇注料中还包括粒度为5-40mm的不规则颗粒状粘土多孔陶粒，以及粒度为1-5mm的膨胀珍珠岩颗粒；所述各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，辉绿岩粉为1-3，不规则颗粒状粘土多孔陶粒为2-4，膨胀珍珠岩颗粒为0.3-1.0，玻璃纤维纱为0.02-0.06。 
本发明所述的第二抗裂不定形耐酸浇注料，包括水玻璃，其模数为M2.6-3.0；粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，其粒度为小于100目；石英砂，其粒度为1-5mm，以及辉绿岩粉，其粒度小于200目；玻璃纤维纱，其直径为0.2-1.5mm，长度为15-50mm；所述各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝0.05-0.07，石英砂为2-4，辉绿岩粉为2-4，玻璃纤维纱为0.02-0.06。 
作为进一步改进，上述抗裂耐酸保温防护层在所述密实层上还有第二层密实防护层；所述密实防护层由如下第三浇注料浇注形成：模数为M2.6-3.0的水玻璃，粒度小于100目的粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，以及粒度小于200目的辉绿岩粉，含量至少为98％的糠醇。各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，辉绿岩粉为2-4，糠醇为0.02-0.06。 
本发明用水玻璃为粘结剂，以氟硅酸钠或缩合磷酸铝粉为固化剂，以陶粒和珍珠岩粒为保温材料，以辉绿岩粉和石英砂为充填料，并加玻璃纤维纱作为增强材料，糠醇为改性剂制作成具有抗裂能力不定形耐酸保温材料。其采用了玻璃纤维纱增强材料，可有效阻止微裂纹进一步扩大，使其在急冷急热环境中具有较好的抗裂能力，并可耐除氢氟酸以外的各种浓度的硫酸、盐酸等无机酸和有机酸，同时具有良好的保温性能，耐温可达500℃。其次，本发明分别采用第一浇注料和第二浇注料形成保温防护多层结构，使其中的密实层有效防止酸液渗透，保温层起到保温隔热功能，可以使保温防护层在保持较低体积密度前提下，实现足够的保温防护双重功能。 
本发明所述第一浇注料所形成的保温层性能如下： 
1.体积密度(kg/m3)：800-1400 
2.耐压强度(MPa)5-8 
3.导热系数350℃(W/m·K)：0.20-0.35 
本发明所述第二浇注料所形成的密实层性能如下： 
1、体积密度(kg/m3)：1700-2100 
2、耐压强度(MPa)：25-35 
3、导热系数350℃(W/m·K)：0.90-0.98 
4、吸水率％：5.4-7.3 
本发明所述第三浇注料所形成的密实层性能如下： 
1、体积密度(kg/m3)：2050-1250 
2、耐压强度(MPa)：35-45 
3、导热系数350℃(W/m·K)：1.06-1.17 
4、吸水率％：0.9-0.3 
本发明将保温和抗渗分开，形成三层结构，各尽其责，较好的保证了浇注材料的各项性能。 
本发明要解决的第三个技术问题，是提供上述抗裂耐酸保温防护层的制作方法。 
本发明所述的抗裂耐酸保温防护层的方法，包括以下步骤： 
(1)先浇注保温层，包括： 
A、首先将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉、陶粒和珍珠岩粒按如权利要求3所述的重量比例混合均匀，玻璃纤维纱和水玻璃另行按权利要求3所述重量比例混合均匀； 
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合均匀； 
C、混合均匀后，立即浇注，并在固化前完成施工； 
(2)待保温层硬化后，再浇注密实层，包括： 
A、同样将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉和石英砂按如权利要求2所述的重量比例混合均匀，玻璃纤维纱和水玻璃另行按如权利要求2所述的重量比例混合均匀； 
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合； 
C、混合均匀后，立即浇注或腻于保温层表面；并在固化前完成施工。该层厚度大于50mm。 
(3)待第一层密实层硬化后，再浇注第二层密实防护层，包括： 
A、同样将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉和按如权利要求5所述的重量比例混合均匀，水玻璃和糠醇另行按如权利要求5所述的重量比例混合均匀； 
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合； 
C、混合均匀后，立即浇注或腻于密实层表面；并在固化前完成施工。该层厚度大于10mm。 
(4)固化24小时后，用40％硫酸每隔8小时涂刷表面1次，共涂刷4次；在15℃以上，至少养护14天。 
使用本发明所述浇注材料形成的保温防护层，可耐除氢氟酸以外的各种浓度的硫酸、盐酸等无机酸和有机酸，同时具有良好的保温性能，耐温可达500℃。因其采用了玻璃纤维纱增强材料，可有效阻止微裂纹扩大，使其在急冷急热环境中具有较好的抗裂能力。 
附图说明
图1是本发明所述抗裂耐酸保温防护层结构示意图。 
具体实施方式
如图1所示，本发明所述抗裂耐酸保温防护层包括依次敷设在所保温防护对象板层1上的保温层2和密实层3，在密实层3上还有密实防护层4。 
保温层2的厚度根据实际情况决定，保证板层外壳温度低于50℃即可；密实层3的厚度通常至少为50mm；密实防护层的厚度一般为10-15mm。 
用于浇注上述保温层2的第一抗裂耐酸不定型浇注料，可以是以下各实施例： 
实施例1：一种具有抗裂能力的不定形耐酸保温材料，原料为： 
(1)水玻璃：模数为M2.6-3.0； 
(2)粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝：粒度为小于100目； 
(3)用粘土烧制的多孔陶粒(不规则颗粒状)：粒度为5-40mm； 
(4)膨胀珍珠岩颗粒：粒度为1-5mm； 
(5)辉绿岩粉：粒度小于200目； 
(6)玻璃纤维纱：直径0.2-1.5mm，长度：15-50mm。 
上述各材料配比以水玻璃为1份(重量)，辉绿岩粉1，粉状氟硅酸钠为0.17，或缩合磷酸铝0.07，不规则颗粒状粘土多孔陶粒2，膨胀珍珠岩颗粒0.3，玻璃纤维纱0.02。 
实施例2：原料组成与实施例1相同，各材料配比以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.17，或缩合磷酸铝0.07，辉绿岩粉2，不规则颗粒状粘土多孔陶粒3，膨胀珍珠岩颗粒0.6，玻璃纤维纱0.03。 
实施例3：原料组分与实施例1相同，各材料配比以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.16，或缩合磷酸铝0.07，辉绿岩粉2.5，不规则颗粒状粘土多孔陶粒3.5，膨胀珍珠岩颗粒0.8，玻璃纤维纱0.04。 
实施例4：原料组分与实施例1相同，各材料配比以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.15，或缩合磷酸铝0.06，辉绿岩粉2.8，不规则颗粒状粘土多孔陶粒3.8，膨胀珍珠岩颗粒0.9，玻璃纤维纱0.05。 
实施例5：原料组分与实施例1相同，各材料配比以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.12，或缩合磷酸铝0.05，辉绿岩粉3，不规则颗粒状粘土多孔陶粒4，膨胀珍珠岩颗粒1.0，玻璃纤维纱0.06。 
用于浇注上述密实层3的第二抗裂耐酸不定型浇注料，可以是以下各实施例： 
实施例1：一种具有抗裂能力的不定形耐酸保温材料，原料为： 
(1)水玻璃：模数为M2.6-3.0； 
(2)粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝：粒度为小于100目； 
(3)石英砂：粒度为1-5mm； 
(4)辉绿岩粉：粒度小于200目； 
(5)玻璃纤维纱：直径0.2-1.5mm，长度：15-50mm。 
所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.17，或缩合磷酸铝0.07，石英砂2，辉绿岩粉2，玻璃纤维纱0.02。 
实施例2：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.16，或缩合磷酸铝0.06，石英砂2.5，辉绿岩粉3，玻璃纤维纱0.03。 
实施例3：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.15.，或缩合磷酸铝0.055，石英砂3，辉绿岩粉3，玻璃纤维纱0.04。 
实施例4：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.14，或缩合磷酸铝0.06，石英砂3，辉绿岩粉3.5，玻璃纤维纱0.05。 
实施例5：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.12，或缩合磷酸铝0.05，石英砂4，辉绿岩粉4，玻璃纤维纱0.06。 
用于浇注上述密实防护层4的第三抗裂耐酸不定型浇注料，可以是以下各实施例： 
实施例1：一种具有抗裂能力的不定形耐酸保温材料，原料为： 
(1)水玻璃：模数为M2.6-3.0； 
(2)粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝：粒度为小于100目； 
(3)辉绿岩粉：粒度小于200目； 
(4)糠醇：含量大于98％。 
所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.17，或缩合磷酸铝0.07，辉绿岩粉为2，糠醇为0.02。 
实施例2：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.16，或缩合磷酸铝0.06，辉绿岩粉为3，糠醇为0.03。 
实施例3：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.15.，或缩合磷酸铝0.055，辉绿岩粉为3，糠醇为0.04。 
实施例4：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.14.，或缩合磷酸铝为0.06，辉绿岩粉3.5，糠醇为0.05。 
实施例5：原料组分与实施例1相同，所述各材料配比为：以水玻璃为1份(重量)，粉状氟硅酸钠为0.12.，或缩合磷酸铝为0.05，辉绿岩粉4，糠醇为0.06。 
经实测，使用上述各实施例浇注材料形成的保温防护层，其性能如表1所示： 
表1： 
Figure G200910232262XD00071
上述原材料中，水玻璃可用钠水玻璃或钾水玻璃，模数为2.6-3.0。固化剂采用氟硅酸钠或缩合磷酸铝均可，粒度要求小于100目。缩合磷酸铝更加环保，并且性能优于氟硅酸钠。氟硅酸钠或缩合磷酸铝二者选择其中一种。粘土多孔陶粒或称膨胀粘土陶粒，为高温烧制的多孔材料，耐酸、耐高温。膨胀珍珠岩颗粒也是经高温烧制的多孔材料，耐酸、 耐高温。多孔材料具有良好的隔热保温性能。陶粒的粒径不能单一，最好选择二种以上的粒径。例如一种粒径30-40mm，另一种粒径5-10mm，可以做到陶粒所占据尽量多的空间；膨胀珍珠岩颗粒小，填充在陶粒的空隙里，保证多孔材料占据更多的空间，这样材料体积密度会最小，保温会更好。玻璃纤维纱可选用高硅氧型，SiO2含量至少为96％，抗拉强度100MPa，其耐热可达1000℃以上。将玻璃纤维纱切成长15-50mm的短纱，先在水玻璃中充分浸泡，使水玻璃渗透到玻璃纤维纱内。这样玻璃纤维纱不会成为酸液渗透的通道。玻璃纤维纱选用织布和纺纱时的废纱较为经济。辉绿岩是一种耐酸、耐高温材料，采用辉绿岩粉做充填材料，与其它材料相比尺寸变化率小。一般要求辉绿岩粉粒度小于200目。石英砂的主要成分为SiO2，耐酸、耐高温，选择纯度较高的产品，粒度为1-5mm。糠醇选用含量大于98％的产品。 
在浇注制作本发明所述的抗裂耐酸保温防护层时，可按照以下步骤进行： 
(1)保温层 
①首先将氟硅酸钠(或缩合磷酸铝)、辉绿岩粉、陶粒和珍珠岩粒混合均匀，玻璃纤维纱先在水玻璃中充分浸泡，并和水玻璃混合均匀，； 
②上述二组材料混合均匀后，再相互混合； 
③混合均匀后，立即浇注在对象板层表面。调制的材料必须在固化前完成施工。固化时间为24小时以上。 
(2)密实层 
①待保温层硬化后，再制作密实层； 
②同样将氟硅酸钠(或缩合磷酸铝)、辉绿岩粉和石英砂混合均匀，玻璃纤维纱先在水玻璃中充分浸泡并和水玻璃混合均匀； 
③上述二种材料混合均匀后，再相互混合； 
④混合均匀后，立即浇注或腻于保温层表面，厚度达50mm以上。 
⑤最外10-15mm的表面层不加石英砂和玻璃纤维纱，添加糠醇以形成密实防护层。调制的材料必须在固化前使用完毕。 
固化时间为24小时，固化后用40％硫酸每隔8小时涂刷表面1次，共涂刷4次。在15℃以上，养护14天以上方可运输或使用。 
相应制作的环境温度应大于5℃，在15℃以上温度保养14天以上方可运输或使用。，不可用蒸汽对浇注层直接加热。 
本发明具体用于余热回收设备时，因余热回收凝结的酸大部分为浓硫酸。余热回收设备侧面和顶部的凝酸，因为重力的作用会立即流走，不会聚集，所以渗透力不强，相应的密实层有50mm就可以了，但设备底部有酸聚集，必须加密实层保护层，厚度通常要大于10mm。具体保温层的厚度，可根据材料导热系数计算决定，保证外壳钢板温度小于50℃即可。 
本发明所述的抗裂耐酸保温防护层，适用温度范围约在-20℃至500℃，涉及的酸为除氢氟酸和热磷酸以外的所有任意浓度无机酸和有机酸。 

Claims (4)

1.一种抗裂耐酸保温防护层，其特征在于：包括保温层和密实层；
所述保温层由如下所述的抗裂不定形耐酸浇注料浇注形成：包括粘结剂、固化剂及充填料及玻璃纤维纱；所述粘结剂为水玻璃，其模数为M2.6-3.0；所述固化剂为粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，其粒度为小于100目；所述充填料为辉绿岩粉，其粒度小于200目；所述玻璃纤维纱的直径为0.2-1.5mm，长度为15-50mm；浇注料中还包括粒度为5-40mm的不规则颗粒状粘土多孔陶粒，以及粒度为1-5mm的膨胀珍珠岩颗粒；所述各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，辉绿岩粉为1-3，不规则颗粒状粘土多孔陶粒为2-4，膨胀珍珠岩颗粒为0.3-1.0，玻璃纤维纱为0.02-0.06；
所述密实层由如下所述的抗裂不定形耐酸浇注料浇注形成：包括粘结剂、固化剂及充填料及玻璃纤维纱；所述粘结剂为水玻璃，其模数为M2.6-3.0；所述固化剂为粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，其粒度为小于100目；所述充填料包括石英砂，其粒度为1-5mm，以及辉绿岩粉，其粒度小于200目；所述玻璃纤维纱的直径为0.2-1.5mm，长度为15-50mm；所述各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，石英砂为2-4，辉绿岩粉为2-4，玻璃纤维纱为0.02-0.06。
2.根据权利要求1所述的抗裂耐酸保温防护层，其特征在于：在所述密实层上还有第二层密实防护层；所述密实防护层由如下浇注料浇注形成：模数为M2.6-3.0的水玻璃，粒度小于100目的粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，以及粒度小于200目的辉绿岩粉，含量至少为98％的糠醇；各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，辉绿岩粉为2-4，糠醇为0.02-0.06。
3.一种制造如权利要求1所述的抗裂耐酸保温防护层的方法，其包括以下步骤：
(1)先浇注保温层，包括：
A、首先将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉、陶粒和珍珠岩粒按如权利要求1所述保温层的相应材料重量比例混合均匀，玻璃纤维纱和水玻璃另行按权利要求1所述保温层的相应材料重量比例混合均匀；
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合均匀；
C、混合均匀后，立即浇注，并在固化前完成施工；
(2)待保温层硬化后，再浇注密实层，包括：
A、同样将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉和石英砂按如权利要求1所述密实层的相应材料重量比例混合均匀，玻璃纤维纱和水玻璃另行按如权利要求1所述密实层的相应材料重量比例混合均匀；
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合；
C、混合均匀后，立即浇注或腻于保温层表面；并在固化前完成施工。
(3)固化24小时后，用40％硫酸每隔8小时涂刷表面1次，共涂刷4次；在15℃以上，至少养护14天。
4.根据权利要求3所述的制造抗裂耐酸保温防护层的方法，其特征在于：还包括以下步骤：待密实层硬化后，再浇注第二层密实防护层，包括：
A、模数为M2.6-3.0的水玻璃，粒度小于100目的粉状氟硅酸钠或缩合磷酸铝，以及粒度小于200目的辉绿岩粉，含量至少为98％的糠醇；各材料配比为：以水玻璃为1份重量，粉状氟硅酸钠为0.12-0.17，或缩合磷酸铝为0.05-0.07，辉绿岩粉为2-4，糠醇为0.02-0.06；先将氟硅酸钠或缩合磷酸铝、辉绿岩粉按上述重量比例混合均匀；水玻璃和糠醇另行按上述重量比例混合均匀；
B、上述二组材料混合均匀后，再相互混合；
C、混合均匀后，立即浇注或腻于密实层表面；并在固化前完成施工。
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