CN102126862A - 一种焦炉炭化室炉墙涂层材料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焦炉炭化室炉墙涂层材料及其使用方法，包括以下步骤：1)按重量百分比配比得到混合物：石英粉35～50％；锆英石5～15％；粘土5～15％；氧化铝微粉1～3％；长石10～15％；锂云母10～25％；硅酸钠2～6％；硼酸或硼砂1～4％；氯化钡或硫酸钡1～3％；2)将混合物在球磨机中共磨均匀，得到涂层材料；3)将涂层材料加水搅拌成均匀泥浆，喷涂在炉墙内衬材料上；4)将炉墙内衬材料经1200℃～1300℃下保温1～2小时的烧成。通过本发明，可在炉墙内衬材料上形成致密的表面层，防止或减轻炉墙表面结炭，利于提高炉墙寿命，因而具备良好的推广及应用前景。

Description

一种焦炉炭化室炉墙涂层材料及其使用方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种焦炉炭化室炉墙涂层材料及其使用方法。

背景技术

炭化室是焦炉最重要的部分，因为煤就是在炭化室内被加热(炭化)，产生以煤气为主的碳氢化合物和焦炭的。炭化室的炉墙是由硅砖砌筑而成。煤炼焦炭时，焦炉内的炭化煤气易发生热分解，导致碳在耐火砖表面沉积。如果碳的沉积量过多，不仅会降低炭化室的有效容积，还会增加推焦时焦炭的阻力。从而导致推焦困难而损坏炉墙，因此，过分的炭沉积，会妨碍焦炉炉组的稳定操作。故必须定期清除。通常用人工铲除或打开炉门让炉外的空气进入烧掉这些积碳。如果人工铲除则：清除工作量非常大；清除效率低；清除积碳时会降低炭化室砖缝的气密性，同时会带下一些耐火砖块，加速炉体损坏。如果用后一种方法则：积碳的燃烧速度缓慢；进入的空气致使炉墙迅速变冷，加快了炉体损坏；炭化室墙上的所有积炭不会被均匀地一起烧挠掉；此外，在清除积碳时，会影响装煤和推焦操作，因而每天都不能使焦炉满负荷生产。目前先进的方法就是在炭化室硅砖表面喷涂防结碳涂层材料。热态下喷涂到炭化室硅砖的表面，高温下形成致密、光滑、牢固的硅砖保护层，使焦油、碳或石墨难以在涂层表面上沉积粘附，不仅解决了焦炉结碳的问题，而且可以保护炭化室硅砖，延长硅砖的使用寿命，所以此方法倍受关注。

日本专利，专利公开号“特开平10259080”，专利名称“焦炉炭化室涂料及施工方法”，公开了一种高强度、高粘结性、易施工的涂料，可以形成光滑的致密表面，防止或减少结碳。涂料以碱金属磷酸盐如磷酸钠、磷酸钾为主。涂料中还引入了Ba和/或Sr的化合物，如Ba和/或Sr的硫酸盐、碳酸盐、氯化物、氢氧化物等。涂料的组成范围分两种：1)磷酸钠和/或磷酸钾70-90％，硫酸钡10-30％。2)磷酸钠和/或磷酸钾70-90％，氧化钡5-16％(来自硫酸钡、氢氧化钡、碳酸钡、氯化钡中的一种或几种)，氧化锶5-16％(来自硫酸锶、氢氧化锶、碳酸锶、氯化锶中的一种或几种)。涂料施工时加水拌成溶液或泥浆，喷涂到表面温度在500-1400℃的硅砖上，然后在不低于900℃的温度下保温不低于30分钟。该专利技术的问题在于涂料的耐高温性能低，在900℃就可以烧成，那么使用温度就低于900℃。而炉墙的温度一般在1000℃～1100℃，因此涂层材料就会软化熔融，不耐磨而使用寿命不长。

日本专利，专利公开号“特开平10330758”，专利名称“焦炉炭化室炉墙表面处理方法”，介绍了在炭化室硅砖表面的一种涂层材料。在涂料中采用了一种能在1000℃以上与硅砖保持较高结合强度的火泥，该火泥以水泥作结合剂，化学成份为Al₂O₃ 32％，SiO₂ 58％，其余为CaO和Fe₂O₃，(最大粒3mm，约36％，最大粒～1.19mm约18％，1.19～0.42mm约16％，0.42～0.15mm约22％，0.15mm以下约8％)，最高使用温度1200℃。未配入火泥的涂料组成为：模数为3.2-3.8的水玻璃58.8-94.3％，LiOH 1.9-15.4％，硼酸钠1.9-15.4％，有机硅1.9-15.4％(分子式为R-Si(OH)2ONa，其中R表示1到12碳的烷基)。涂料的施工方法为：上述火泥占70-90％，上述未配入火泥的涂料占1-18％，再加水5-28％，混合成泥浆，喷涂到炭化室硅砖上，形成高强度的致密层，有利于保护炭化室炉墙。

美国专利，专利公开号US006165923，专利名称“Coating compositionfor carbonization chamber of coke oven and application method”，公开了一种防结碳涂料组成为：由SiO₂ 18-70％、Na₂O和/或K₂O 10-60％构成涂料的主成份，由Na₂O 2-14％、BaO 0.5-25％，SrO 0.5-25％，Fe₂O₃ 0.5-20％构成涂料的辅成份。发明者认为Na₂O具有调节涂料熔点的作用，BaO、SrO、Fe₂O₃对沉积碳的氧化具有催化作用，可促使粘附的石墨氧化成CO去除。

美国专利，专利公开号US006096432，专利名称“Glazing layer-formingcomposition for hot-coating of furnace refractories and method offorming glazing layer”，公开了一种防结碳或用于修补硅砖损坏部位的涂料，以氧化物计的组成为：Li₂O 0-10％，B₂O₃ 0-10％，Na₂O和/或K₂O 10-40％，其余为SiO₂，各种氧化物可由相应的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐或氯化物引入，SiO₂主要由硅酸钠引入。另外还含有Al₂O₃、MgO、CaO、ZrO₂、TiO₂。施工时加水搅拌喷涂，料浆中的固体含量5-50％，涂料粒度为0.5-5μm，涂料熔点≤900℃，浆料既可以热态施工，也可以低温喷涂后再加热形成致密层。用于保护焦炉炉墙及防止结碳。

通过检索未发现有相关的应用报道。目前宝钢分公司的6米大型焦炉运行中的一期焦炉炉龄已超过24年，炉体在常年超负荷运转状态下损坏厉害，炉墙结碳现象越来越严重。但宝钢对焦炉炭化室炉墙结碳，特别是炉头结碳严重问题目前还没有很好的解决措施，也只能是烧空炉清除石墨，这样加剧了炉墙的损伤。因此急需开发一种适合大型焦炉炉墙应用的防结碳涂层材料。

本申请的专利技术材料的组成成分和采用的原材料与上述专利技术不一样。本申请技术的材料成分除必要的熔剂外，在组成上控制SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂材质系统的富SiO₂区域，采用了多种耐火原料为主要原材料，多种陶瓷熔剂原料组合应用，保证材料在低、中温下迅速烧结，在长期使用温度下耐高温性能良好。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦炉炭化室炉墙涂层材料及其使用方法，能在炉墙内衬材料上形成致密的表面层，从而防止或减轻炉墙表面结碳。有利于提高焦炉炉墙寿命，保持生产顺行，改善环境污染。

本发明的技术构思如下：喷涂在炉墙内衬的涂层材料可以在1200～1300℃，保温1～2小时内形成光滑致密的表面层，并与炉墙硅砖在700～1000℃的热膨胀系数接近。而且涂料在1000℃下不会软化，能够耐焦炭磨损。因此确定涂层材料的主要原料和不同的熔剂原料非常重要，因为它们决定了主要化学成分SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂及辅助成分Li₂O、Na₂O、K₂O、B₂O₃、Ba₂O₃等的含量。

本发明的目的是这样实现的：一种焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料，包含以下化学成分：

石英粉，作为涂层材料的主要原料之一，石英可以在涂层材料烧成过程中有膨胀性能，抵消粘土烧成、溶剂熔融产生的部分收缩。另外石英中SiO₂熔融后的粘度较大，可以防止液相被基体大量吸收，对减少涂层的收缩和变形的作用较大。加入量为35～50wt％，要求石英粉化学成分SiO₂≥95wt％，细度＜0.10mm。

涂层材料中加入锆英石，主要引入ZrO₂与SiO₂。锆英石能显著提高涂层的耐高温性能、热震性能和化学稳定性，对保证涂层材料的使用寿命非常有利。加入量为5～15wt％，要求ZrO₂≥55wt％，细度＜0.088mm(这里的SiO₂是一种化学成分，不是原材料，所以没有细度及引入量的概念)。

涂层材料中加入粘土，主要引入Al₂O₃及SiO₂成分。粘土具有良好的可塑性和结合性及合适的中温烧结性，并赋予涂层材料在施工时形成的浆料具有良好的均匀悬浮性。可以增加高温涂料的粘度，提高烧成后涂层的硬度及耐磨性，并降低材料的膨胀系数。加入粘土粉5～15wt％，Al₂O₃≥30wt％，细度＜0.045mm(这里的SiO₂是一种化学成分，不是原材料，所以没有细度及引入量的概念)。

涂层材料中加入氧化铝微粉1～3wt％，主要是为了增加涂层材料的后期高温强度及耐磨性，保证涂层材料较高的使用寿命。要求Al₂O₃≥98wt％，细度≤10um。

涂层材料中的熔剂材料之一是长石。因为长石是陶瓷生产中的重要熔剂性原料。在成釉过程中，长石溶融形成粘稠玻璃体。并能在高温下溶解一部分高岭土分解物与石英颗粒，促进反应的进行，并可降低烧成温度。在烧成时可以起到高温热塑作用与高温胶结作用，防止高温变形，熔融范围宽，使涂层良好烧结。涂层材料中的加入10～15wt％的长石原料，要求长石中K₂O+Na₂O为11～15wt％，Fe₂O₃+TiO₂＜1wt％，细度＜0.088mm(这里的细度指的是长石原料的细度，不是指K₂O+Na₂O或Fe₂O₃+TiO₂，这些是长石原料中所包含的化学成分，是没有细度的概念，其给出的重量百分比只是个范围，说明原料的化学成分只要在这个范围之内，都是合格原料)。

锂云母原料引入Li₂O，为涂层材料中的主要熔剂，使涂料在较低温度下快速烧成，改善涂层烧成时的流动性和粘着力，并有效解决涂层表面针孔缺陷及不平整的问题。能有效提高涂层的强度、延性、耐蚀性及耐热急变性能。要求的锂云母Li₂O≥3.5wt％，加入量控制在10～25wt％，细度＜0.1mm。

涂层材料中加入硅酸钠，主要引入Na₂O，一方面起助熔作用，一方面可以使涂层材料在喷涂时具有良好的热态附着性能和快速烧结性能。加入硅酸钠2～6wt％，化学成分要求Na₂O≥30wt％，细度＜0.15mm，SiO₂≥65wt％(这里的SiO₂是一种化学成分，不是原材料，所以没有细度及引入量的概念)。

涂料中加入硼砂或硼酸等原料，主要引入B₂O₃。因为B₂O₃能与硅酸盐形成低熔点的混合物，低温时形成高粘度熔体，同时可提高烧成后涂层的弹性。硼酸或硼砂加入量为的1～4wt％。要求硼酸纯度H₃BO₃≥96.5wt％，或硼砂纯度Na₂B₄O₇.10H₂O≥95.0wt％，两者细度＜0.15mm。

涂层材料中加入氯化钡或硫酸钡等原料，引入BaO，主要起助熔作用，它还可以增加涂层材料表面的光滑性，减少与焦碳的磨擦，减少焦釉的附着性。加入氯化钡或硫酸钡1～3wt％，要求氯化钡纯度BaCl₂≥95wt％或硫酸钡纯度BaCO₃≥98wt％，两者细度＜0.088mm。

一种焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料的使用方法，喷涂于炉墙内衬材料，包含以下步骤：

1)按如下化学成分配比得到混合物：

石英粉35～50％；  锆英石5～15％； 粘土5～15％；

氧化铝微粉1～3％；长石10～15％；  锂云母10～25％；

硅酸钠2～6％；    硼酸或硼砂1～4％；

氯化钡或硫酸钡1～3％；

所述石英粉的化学成分SiO₂≥95％，细度＜0.10mm；

所述锆英石的化学成分ZrO₂≥55％，细度＜0.088mm；

所述粘土的化学成分Al₂O₃≥30％，细度＜0.045mm；

所述氧化铝微粉的化学成分Al₂O₃≥98％，细度≤10um；

所述长石中的化学成分K₂O+Na₂O为11～15％，Fe₂O₃+TiO₂＜1％，

长石细度＜0.088mm；

所述锂云母中的化学成分Li₂O≥3.5％，细度＜0.1mm；

所述硅酸钠中的化学成分Na₂O≥30％，细度＜0.15mm，SiO₂≥65％；

所述硼酸的纯度H₃BO₃≥96.5％，细度＜0.15mm，硼砂的纯度Na₂B₄O₇·10H₂O≥95.0％，细度＜0.15mm；

所述氯化钡的纯度BaCl₂≥95％，细度＜0.088mm，硫酸钡纯度BaCO₃≥98％，细度＜0.088mm；

上述百分配比皆为重量百分比；

2)将配比所得的混合物在球磨机中共磨均匀，得到涂层材料；

3)将所述的涂层材料加水搅拌成均匀泥浆，喷涂在炉墙内衬材料上；

4)将炉墙内衬材料经1200℃～1300℃下保温1～2小时的烧成。

优选地，所述步骤2)中混合物共磨至细度≤0.074mm的占90wt％以上。

优选地，所述步骤3)中加水量为外加30～50wt％。

在使用本发明时，将涂层浆料喷涂在经过吹扫干净的炉墙墙面上，通过焦炉的空炉升温，在1200℃～1300℃保温1～2小时将涂层材料烧结致密，直接开始应用。该涂层与墙面内衬结合牢固，热膨胀率与内衬材料相似，热震稳定性与耐磨性非常好。与现有技术比，组成合理，涂层材料的高温性能、热震性能、耐磨性能更加优异，有更长的使用寿命。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1)使用本发明涂层材料喷涂到炉墙内衬表面，经过烧成后，在炉墙内衬表面形成一层光滑致密的涂层，从而防止和减少了炉墙的结碳，减少炉墙的吹扫次数，并有利于环境的改善、顺利推焦及焦炉寿命的延长。

2)使用本发明制造的涂层硬度高、耐磨、热膨胀系数低，抗热震稳定性优异，可以保持良好的耐用性。

具体实施方式

实施例1、实施例2和实施例3的涂层材料基本组成见表1。主要采用SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂系耐火原料及陶瓷的各种熔剂材料。

表1实施例的组成

锂云母＜0.15mm	18	24	10
				长石＜0.088mm	15	13	10
硅酸钠＜0.15mm	2	4	6
				硼砂＜0.15mm或硼酸＜0.15mm	--1	--2	4--
氯化钡＜0.088mm或硫酸钡＜0.088mm	1--	1--	--2

按表1配比后，所有原料在球磨机中混磨均匀，涂料细度≤0.074mm的为90wt％以上，即为涂层材料成品。喷涂施工时将涂层材料加水量为外加30～50wt％，搅拌成均匀的浆料，喷射至涂覆的炉墙表面即可。

将实施例中的3种涂料喷涂在硅砖表面，经过1200～1300℃，保温1～2h后烧成，在硅砖表面都形成了致密光滑的涂层。经过1100℃-空气冷却的热震稳定性试验，10次循环后没有损坏，说明涂层与硅砖结合紧密，具有良好的耐急冷急热性。涂层表面进行莫氏硬度的测定，其热态硬度不低与原硅砖表面。对比焦炉炉墙硅砖有以下性能指标：

表2涂层材料与硅砖的性能指标

将涂层材料浇注成Φ10×50mm试样，升温至1000℃进行热膨胀曲线的测定，实施例中涂层材料的热膨胀系数基本与焦炉炉墙硅砖接近，因此涂层与硅砖结合后具有良好的热震稳定性能，耐火度都高于1000℃的使用温度，可以保证较好的使用寿命。

综上所述，本发明的涂层与墙面内衬结合牢固，热膨胀率与内衬材料相似，热震稳定性与耐磨性非常好。并且，组成合理，涂层材料的高温性能、热震性能、耐磨性能更加优异，有更长的使用寿命。因而具备良好的推广及应用前景。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的几个具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料，其特征在于包含以下化学成分：

石英粉  35～50％

锆英石  5～15％

粘土  5～15％

氧化铝微粉  1～3％

长石  10～15％

锂云母  10～25％

硅酸钠  2～6％

硼酸或硼砂  1～4％

氯化钡或硫酸钡  1～3％

所述石英粉的化学成分SiO₂≥95％，细度＜0.10mm；

所述锆英石的化学成分ZrO₂≥55％，细度＜0.088mm；

所述粘土的化学成分Al₂O₃≥30％，细度＜0.045mm；

所述氧化铝微粉的化学成分Al₂O₃≥98％，细度≤10um；

所述长石中的化学成分K₂O+Na₂O为11～15％，Fe₂O₃+TiO₂＜1％，长石细度＜0.088mm；

所述锂云母中的化学成分Li₂O≥3.5％，细度＜0.1mm；

所述硅酸钠中的化学成分Na₂O≥30％，细度＜0.15mm，SiO₂≥65％；

所述硼酸的纯度H₃BO₃≥96.5％，细度＜0.15mm，硼砂的纯度Na₂B₄O₇·10H₂O≥95.0％，细度＜0.15mm；

所述氯化钡的纯度BaCl₂≥95％，细度＜0.088mm，硫酸钡纯度BaCO₃≥98％，细度＜0.088mm；

上述百分配比皆为重量百分比。

2.一种焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料的使用方法，喷涂于炉墙内衬材料，其特征在于包含以下步骤：

1)按如下化学成分配比得到混合物：

石英粉  35～50％

锆英石  5～15％

粘土  5～15％

氧化铝微粉  1～3％

长石  10～15％

锂云母  10～25％

硅酸钠  2～6％

硼酸或硼砂  1～4％

氯化钡或硫酸钡  1～3％

所述石英粉的化学成分SiO₂≥95％，细度＜0.10mm；

所述锆英石的化学成分ZrO₂≥55％，细度＜0.088mm；

所述粘土的化学成分Al₂O₃≥30％，细度＜0.045mm；

所述氧化铝微粉的化学成分Al₂O₃≥98％，细度≤10um；

所述长石中的化学成分K₂O+Na₂O为11～15％，Fe₂O₃+TiO₂＜1％，长石细度＜0.088mm；

所述锂云母中的化学成分Li₂O≥3.5％，细度＜0.1mm；

所述硅酸钠中的化学成分Na₂O≥30％，细度＜0.15mm，SiO₂≥65％；

所述硼酸的纯度H₃BO₃≥96.5％，细度＜0.15mm，硼砂的纯度Na₂B₄O₇·10H₂O≥95.0％，细度＜0.15mm；

所述氯化钡的纯度BaCl₂≥95％，细度＜0.088mm，硫酸钡纯度BaCO₃≥98％，细度＜0.088mm；

上述百分配比皆为重量百分比；

2)将配比所得的混合物在球磨机中共磨均匀，得到涂层材料；

3)将所述的涂层材料加水搅拌成均匀泥浆，喷涂在炉墙内衬材料上；

4)将炉墙内衬材料经1200℃～1300℃下保温1～2小时的烧成。

3.如权利要求3所述的焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中混合物共磨至细度≤0.074mm的占90wt％以上。

4.如权利要求3所述的焦炉炭化室炉墙防结碳涂层材料的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中加水量为外加30～50wt％。