CN102336564B - 大型焦炉用表面复合陶瓷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热膨胀系数小、导热率低、热震稳定性和耐磨性好的大型焦炉用表面复合陶瓷材料以及它的制备方法，这种表面复合陶瓷材料原始材料由莫来石、预合成堇青石材料和结合剂组成。莫来石占原始材料总重量的60-67％，预合成堇青石占原始材料总重量的20-27％，结合剂占原始材料总重量的12-16％；外加水量占原始材料总重量的比例为：水5-10％；混合后，经减压成型的方式制作成胚体后，再喷涂一层高性能微晶陶瓷耐火釉料，进行高温烧结后就得到这种复合陶瓷材料。
Description
技术领域
本发明涉及大型焦炉用表面复合陶瓷材料，尤其涉及一种焦炉用焙烧结合表面附着一层高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖及它的制备方法。
背景技术
随着焦炉炉型的大型化、环保化和国家减排工作的要求，对焦炉炉门、烟道(上升管以及桥管)、加煤孔配套炉盖的要求日益提高。目前国内外在焦炉炉门以及烟道(上升管以及桥管)和加煤孔和配套炉盖普遍使用的是粘土砖、保温砖以及堇青石砖砌体和耐热耐磨的特种合金钢板(砖套和炉盖)，这种砖砌体和耐热耐磨的特种合金钢板在使用中普遍存在几方面的缺点；保温效果差，热量损失严重；水份和酸性气体和碳素以及焦油侵蚀强，使用寿命短(一般为1-2年)，耐火材料损耗严重，费用高；整体性差，密封不严，极度污染空气；后期维护劳动强度大，需要人员多，人工费用极高。砌体尺寸厚，占有焦炉工作空间大，空间利用率低。干熘能率(成焦率)一般，燃料浪费严重。以上不利条件，大副增加了焦炭企业的生产制作成本，而且由于大量的硫和碳的排放，污染严重。
发明内容
本发明目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种热膨胀系数小、导热率低、气孔率低、热震稳定性和耐磨性好，抗碳素沉积和化学气体渗透性能优异，整体性良好、使用寿命长的焦炉用焙烧结合表面附着一层高性能微晶陶瓷耐火釉料的复合陶瓷材料及制备方法。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：焦炉用系列活化高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的复合陶瓷材料，所用主胚体材料由莫来石(含预合成莫来石、预合成低铝莫来石、高温后合成莫来石一种或一种以上的组合)、预合成堇青石材料和结合剂及外加的水组成，混合后，经减压成型的方式制作成胚体后，再喷涂一层高性能微晶陶瓷耐火釉料，进行高温烧结后就得到这种复合陶瓷材料。
原始材料的组成为莫来石(含预合成莫来石、预合成低铝莫来石、高温后合成莫来石一种或一种以上的组合)、预合成堇青石材料和结合剂。莫来石、预合成堇青石材料和结合剂加入比例为：莫来石占原始材料总重量的60-67％，预合成堇青石占原始材料总重量的20-27％，结合剂占原始材料总重量的12-16％；外加水量占原始材料总重量的比例为：水5-10％；后期喷涂高性能微晶陶瓷耐火釉料占原始材料总重量的比例为：0.5-2％。
所述莫来石的Al2O3含量在40-90％之间。
所述预合成堇青石的Al2O3含量在25-40％之间。
所述的莫来石和预合成堇青石以及具有不同的粒度等级，其粒度分布在15-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0mm的粒度区间。
所述结合剂为纯铝酸钙水泥、硅微粉和a-Al2O3微粉中的一种或两种以及两种以上的混合。加入这种结合剂的目的是达到依靠微粉的活性来促进材料胚体在较低的温度下充分烧结，这是一种新型的活化烧结工艺。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量大于70％。所述硅微粉的SiO2含量大于92％、粒度小于5μm；所述a-Al2O3粉的粒度小于5μm，Al2O3含量大于98％。
由原始料制作成胚体后，再喷涂高性能微晶陶瓷耐火釉料。
所述高性能微晶陶瓷耐火釉料所用原始材料由长石、粘土粉、硅粉、滑石粉和采用复合添加剂组成，并外加的水混合而成。
加入比例是：长石占原始材料总重量的30-50％，粘土粉占原始材料总重量的2-10％，硅粉占原始材料总重量的20-50％，滑石粉占原始材料总重量的10-20％，复合添加剂占原始材料总重量的0.15-1％；外加水量分别占原始材料的比例为：水40-100％；
所述高性能微晶陶瓷耐火釉料的Al2O3≥20％，SiO2含量≥50％.
所述的长石粉、粘土粉、硅粉、滑石粉其粒度分布在0-0.088mm的粒度区间。
所述的复合添加剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、糊精中的一种或两种以及两种以上的组合。
本发明，焦炉用焙烧结合表面附着一层高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖的制备方法为：步骤一、取上述技术方案所述的莫来石60-67％、预合成堇青石20-27％、结合剂12-16％，放入强制搅拌机预混10-15min，将混合好的料加入水5-10％，继续搅拌5-10min，将原料制成混凝土浆体；步骤二、采用振动减压成型成型方式即-将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和真空处理，除去气泡；步骤三、湿法保温养护，温度不低于5℃，待凝固成型后脱模；步骤四、将脱出的素坯放在温度不低于5℃的环境中继续湿法养护；步骤五、养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间大于60小时；步骤六、将干燥好的素坯表面采用高压喷枪进行高压风喷吹和喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在0.5-2.5mm；步骤七、常温进行干燥；步骤八、将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度大于1240℃，高温保持时间为≥5小时，烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖。
本发明的有益效果是：选取的原料组成合理，产品成本低，易于推广使用；利用活化烧结机制，达到了较低温烧成高强度高纯堇青石—莫来石制品的目的，节能环保。并通过选择合适复合添加剂和复合结合剂及控制加入量，选择合适的工艺路线和参数，通过优化堇青石和电莫来石原料的化学组成，利用堇青石高温线膨胀率低，热震稳定性高以及莫来石热震稳定性高，高温体积稳定和强度优异的特性机理，降低了制品的热膨胀量，提高了抗热震性，同时解决了由于制品强度降低而使用性能下降的矛盾。采用振动减压成型方式和特定的烧成工艺大大降低了制品的气孔率，提高了强度和制品的成品率以及质量稳定性，使制品具有使用温度高、寿命长、强度高、保温性密封性好、耐磨性强、热线膨胀率低、热震稳定性和抗渗透侵蚀优异等特性优点。表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料，进一步提高了制品的强度和保温性以及制品的耐磨性和抗渗透侵蚀性能。合理的颗粒级配，所用各种原料和结合剂具有多种不同粒度区间，堆积密度大，产品强度高、耐磨性能好，使用寿命长。保证了此材料能长期在焦炭冶炼环境中使用，满足了用户的使用要求。
这种表面复合陶瓷材料制造方法简单易行，有利于产业化生产制造，并且保证了此材料能长期在焦炭冶炼环境中使用，满足了用户的使用要求。解决了解决了焦炉长寿、环保节能、高产稳产工艺的迫切需求，特别是解决了焦炉在炉门、上升管、桥管以及加煤孔和炉盖等部位使用寿命低，环境污染严重，保温效果差的问题。大大延长了焦炉寿命，环保节能，符合国家产业环保政策，对我国焦炭行业的发展具有深远意义。将会在环保和经济领域发挥巨大潜能。产品为高级耐磨隔热耐火材料，寿命高，拆装维护非常便捷，大大降低劳动强度。提高焦炉密封性——不冒烟，改善炼焦环境污染。导热率低，可降砖衬厚度20-25％，节约焦炉碳化室空间，提高炼焦利用率，提高效益。保温效果好，成焦率大幅度提高，使减少燃料使用量成为可能。
本产品利用活化烧结机制，通过选择合适复合添加剂并控制加入量，选择合适的工艺路线和参数，表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料，研制出强度高、保温性好、耐磨性强、热线膨胀率低、热震稳定性和抗渗透侵蚀优异的高性能新型耐火材料的性能指标如下：
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的方案。
实施例1
取上述技术方案所述的莫来石61％、预合成堇青石26％、结合剂13％，放入强制搅拌机预混15min，将混合好的料加入材料重量5.5％的水(符合饮用标准)，继续搅拌8min，将原料制成混凝土浆体；将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和负压浇注处理(时间7min)，除去气泡；湿法保温养护24小时，温度15℃，待凝固成型后脱模；将脱出的素坯放在温度15℃的环境中继续湿法养护36小时。养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间65小时；将干燥好的素坯表面喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在1.5mm。温度15℃×10小时进行干燥。将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度1250℃×7小时.烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖。
实施例2
取上述技术方案所述的莫来石65％、预合成堇青石21％、结合剂14％，放入强制搅拌机预混14min，将混合好的料加入材料重量6％的水(符合饮用标准)，继续搅拌7min，将原料制成混凝土浆体；将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和负压浇注处理(时间6min)，除去气泡；湿法保温养护20小时，温度25℃，待凝固成型后脱模；将脱出的素坯放在温度25℃的环境中继续湿法养护30小时。养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间70小时；将干燥好的素坯表面喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在2.5mm。温度25℃×8小时进行干燥。将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度1260℃×6小时.烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖。
实施例3
取上述技术方案所述的莫来石67％、预合成堇青石20％、结合剂13％放入强制搅拌机预混13min，将混合好的料加入材料重量7％的水(符合饮用标准)，继续搅拌6min，将原料制成混凝土浆体；将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和负压浇注处理(时间6min)，除去气泡；湿法保温养护20小时，温度35℃，待凝固成型后脱模；将脱出的素坯放在温度35℃的环境中继续湿法养护30小时。养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间75小时；将干燥好的素坯表面喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在2.0mm。温度35℃×7小时进行干燥。将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度1240℃×7小时.烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖。
实施例4
取上述技术方案所述的莫来石60％、预合成堇青石26.5％、结合剂13.5％放入强制搅拌机预混12min，将混合好的料加入材料重量7.5％的水(符合饮用标准)，继续搅拌6min，将原料制成混凝土浆体；将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和负压浇注处理(时间6min)，除去气泡；湿法保温养护20小时，温度40℃，待凝固成型后脱模；将脱出的素坯放在温度40℃的环境中继续湿法养护30小时。养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间80小时；将干燥好的素坯表面喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在1.0mm。温度40℃×6小时进行干燥。将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度1270℃×6小时.烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石—堇青石预制大砖。
Claims (4)
1.一种大型焦炉用表面复合陶瓷材料，其特征在于：主胚体材料由莫来石、预合成堇青石材料、由纯铝酸钙水泥、硅微粉和a-Al2O3微粉中的一种或两种以及两种以上的混合组成的结合剂及外加的水组成，混合后，经振动减压成型的方式制作成胚体后，再经过高压喷枪进行高压风喷吹和喷涂一层高性能微晶陶瓷耐火釉料，经过高温烧结制成，原料加入比例为：莫来石占原始材料总重量的60-67％，预合成堇青石材料占原始材料总重量的20-27％，结合剂占原始材料总重量的12-16％；外加水量占原始材料总重量的比例为：水5-10％；喷涂高性能微晶陶瓷耐火釉料占原始材料总重量的比例为：0.5-2％；高性能微晶陶瓷耐火釉料所用原始材料由长石、粘土粉、硅粉、滑石粉和由羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、糊精中的一种或两种以及两种以上组成的复合添加剂，并外加的水混合而成，其中，长石占原始材料总重量的30-50％，粘土粉占原始材料总重量的2-10％，硅粉占原始材料总重量的20-50％，滑石粉占原始材料总重量的10-20％，复合添加剂占原始材料总重量的0.15-1％；外加水量分别占原始材料的比例为：40-100％。
2.根据权利要求1所述的大型焦炉用表面复合陶瓷材料，其特征在于：莫来石的Al2O3含量在40-90％之间。
3.根据权利要求1所述的大型焦炉用表面复合陶瓷材料，其特征在于：堇青石的Al2O3含量在25-40％之间。
4.根据权利要求1所述大型焦炉用表面复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤一、取上述技术方案所述的莫来石60-67％、堇青石20-27％、结合剂12-16％，放入强制搅拌机预混10-15min，将混合好的料加入水5-10％，继续搅拌5-10min，将原料制成混凝土浆体；步骤二、采用振动减压成型成型方式即-将制成的混凝土浆体注入事先组装好的模具内，进行高频振动和真空处理，除去气泡；步骤三、湿法保温养护，温度不低于5℃，待凝固成型后脱模；步骤四、将脱出的素坯放在温度不低于5℃的环境中继续湿法养护；步骤五、养护后，放入干燥器烘干，烘干温度常温-500℃，时间大于60小时；步骤六、将干燥好的素坯表面采用高压喷枪进行高压风喷吹和喷涂性能微晶陶瓷耐火釉料，喷涂厚度在0.5-2.5mm；步骤七、常温进行干燥；步骤八、将干燥好的素坯放入高温窑内，封闭炉门，加温烧结，烧结温度大于1240℃，高温保持时间为≥5小时，烧结后出炉，制成焦炉用高温烧结表面附着高性能微晶陶瓷耐火釉料的莫来石-堇青石预制大砖。
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