CN102491772A - 一种无水泥浇注料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料领域，涉及到一种可应用于水泥窑喷煤管的无水泥浇注料的制备方法。本浇注料以电熔棕刚玉、SiA、α-Al₂O₃微粉为主要原料，以水合氧化铝(ρ-Al₂O₃)和MgO-SiO₂-H₂O为结合体系，选用三聚磷酸钠为反絮凝剂，柠檬酸为缓凝剂，含有抗氧化剂金属硅粉和金属铝粉，含有防爆纤维。通过本发明方法制备的无水泥Al₂O₃-SiC质耐火浇注料经高温处理后的基质部分生成大量堇青石相和少量尖晶石和莫来石相，改善了Al₂O₃-SiC质浇注料的中温烧结性能，提高浇注料的高温力学性能、抗氧化性、耐磨性、耐碱性和热震稳定性。加水量小于4.5％，在1100℃-1400℃使用温度区间抗折强度大于25MPa，显气孔率小于14％，耐磨值小于5cc，水冷法测试热震稳定性大于50次。

Description

一种无水泥浇注料的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，涉及到一种可应用于水泥窑喷煤管的无水泥浇注料的制备方法。

背景技术

水泥窑喷煤管是水泥窑的关键部位，喷煤管前端处于水泥窑高温区，主要受到回转窑窑内熟料辐射，火焰辐射和二次风热传导的作用，温度在1100℃-1400℃范围内波动。在喷煤管工作过程中，喷煤管浇注料受到窑头碱蒸汽侵蚀、水泥熟料飞砂的冲刷磨蚀作用，喷煤管自身还会发生震动，使用环境极其恶劣，损毁严重。

传统水泥窑喷煤管一般使用钢纤维增强刚玉质和高铝质耐火浇注料，在使用中易发生开裂剥落，使用寿命较低。由于碳化硅具有较强的抗碱性能和极高的导热性能和耐磨蚀性能，所以含SiC的高铝质耐火材料在上世纪末相继出现。目前，水泥窑喷煤管用浇注料Al₂O₃-SiC质耐火浇注料主要通过加入低量的铝酸钙水泥结合。采用铝酸钙水泥作为结合剂时，由于引入一定量的CaO，会形成钙长石(CaO·Al₂O₃·2SiO₂)或钙铝黄长石(2CaO·Al₂O₃·SiO₂)，中温强度下降，降低了浇注料使用性能。同时，由于水泥窑的大型化和利用固体废弃物作为二次原料或二次燃料等因素的影响，不同厂家的工况条件不同，使用寿命差异较大。当出现窑温升高，碳化硅氧化严重，低水泥结合Al₂O₃-SiC质浇注料使用很不稳定，由于自身强度和高温性能下降，出现结构疏松，大块剥落，使用寿命降低，寿命在三四个月是一个普遍现象，不能满足水泥窑正常运行要求。

目前常采用添加水合氧化铝(ρ-Al₂O₃)或二氧化硅微粉代替水泥作结合剂制成超低水泥或无水泥浇注料，由于初期强度较低，在水泥窑上没有应用。

据文献资料介绍，当有MgO存在时，由二氧化硅微粉结合的材料的强度有所提高，同时镁砂的水化受到抑制。电熔镁砂和二氧化硅微粉水合后形成一种硅酸镁类水合物，硅酸镁类水合物包裹在镁砂颗粒表面并形成网络状结构，从而显著抑制镁砂颗粒的水化，并提高了材料的强度。为了防止电熔镁砂的快速水化而影响浇注料的流变性能，电熔镁砂的粒径应控制在一定范围内。首先要保证MgO颗粒能够水化形成Mg²⁺离子并结合OH-基团(H-O-Mg-O-H)，同时要保证电熔镁砂和二氧化硅微粉水合后形成一种硅酸镁类水合物，硅酸镁类水合物包裹在镁砂颗粒表面并形成镁氧硅链的网络状结构，抑制镁砂颗粒的快速水化。

水合氧化铝常温有胶结性能，常温下水合氧化铝与水发生放热反应，形成水合物三羟铝石Al(OH)₃和勃姆石溶胶AlOOH，起到胶结和硬化作用，形成氢氧化铝胶体导致浇注料的显气孔率降低。水合ρ-Al₂O₃与水反应生成Al³⁺和OH-离子，加速浇注料的凝固硬化。高温下，水合物分解释放出结构水，500℃后转变为γ-Al₂O₃，1000℃后全变为α-Al₂O₃。α-Al₂O₃在常温与高温都是稳定相，即刚玉材料的主晶相，形成的α-Al₂O₃活性大，又能促进烧结，又起到提高强度的作用。

以MgO、Al₂O₃和SiO₂为主要成分的堇青石相在1100℃开始形成，在1250℃-1380℃达到最大。其最大的特性是热膨胀系数小，提高材料抗急冷急热的能力。

在氧化条件下，碳化硅和金属硅的加入使材料表面形成一层SiO₂薄膜，封闭材料表面气孔，阻止材料内部碳化硅的氧化分解，同时防止碱性气体和硫氧化物对耐火材料的侵蚀。同时，由于有堇青石相的生成，在材料表面形成R-M-A-S的陶瓷釉面，阻止碱气的侵蚀。

在材料中加入金属铝粉后，金属铝粉的优先氧化，其氧化产物Al₂O₃加强了材料的致密化，并对SiC的氧化具有一定的保护作用。但是由于金属铝粉遇水水化产生H₂，所以应控制金属铝粉的加入量在很低的范围内。

在1300℃到1400℃之间，浇注料中大量的二氧化硅微粉会增加基质中莫来石的析出，促使浇注料显气孔率减少，并获得优良的机械性能，在1400℃会产生更明显的强化作用。

三聚磷酸钠和柠檬酸的加入使浇注料加水混合时快速分散，减少加水量，同时可以调整浇注料的硬化时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥窑喷煤管用不含有水硬性水泥的Al₂O₃-SiC质耐火浇注料的制备方法，并解决无水泥浇注料初期强度较低的问题，改善Al₂O₃-SiC质浇注料的中温烧结性能，提高浇注料的高温力学性能、抗氧化性、耐磨性、耐碱性和热震稳定性。

实现本发明的浇注料的制备方法是：

以电熔棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉为主要原料，以水合氧化铝(ρ-Al₂O₃)和MgO-SiO₂-H₂O为结合体系，选用三聚磷酸钠为反絮凝剂，柠檬酸为缓凝剂，加入抗氧化剂金属硅粉和金属铝粉，加入防爆纤维，用量按下列重量百分比配制：

电熔棕刚3mm＜粒径≤5mm  22％-23％，

电熔棕刚1mm＜粒径≤3mm  24％-25％，

电熔棕刚0mm＜粒径≤1mm  23％-24％，

电熔棕刚玉粒径在180目   6％-8％，

SiC    0mm＜粒径≤1mm    4％-5％，

SiC    粒径在200目       2％-5％，

SiC    粒径在5μm        2％-5％，

α-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％-5％，

ρ-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％-5％,

二氧化硅微粉0μm＜粒径≤10μm  4％-8％，

金属硅粉粒径在200目    1％-4％，

电熔镁砂粒径在200目    2％-6％，

金属铝粉粒径在200目    0.01％-0.08％，

防爆纤维               0.01％-0.5％，

三聚磷酸钠             0.01％-0.5％，

柠檬酸                 0.01％-0.1％。

上述防爆纤维、三聚磷酸钠、柠檬酸和金属铝粉的质量百分比不计在100％，其它所有物料的质量百分比之和为100％，防爆纤维、三聚磷酸钠、柠檬酸和金属铝粉的用量是在其它物料用量之和的基础上乘以各自的质量百分比。

其生产工艺是：按配方量将不同粒度的电熔棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉、二氧化硅微粉、金属硅粉、金属铝粉、防爆纤维等在混料机中混合均匀，形成混合料A装入聚丙烯塑料袋；电熔镁砂(料B)单独包装；ρ-Al₂O₃微粉、三聚磷酸钠和柠檬酸组成料C单独包装；料B、料C分别用聚丙烯塑料袋密封包装后再装入混合料A袋中密封形成产成品。施工时，将包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混和均匀，加入4％～4.5％的水搅拌成可浇注施工的耐火浇注料。成型施工后养护5天以上即可投入使用。

本发明的效果：通过本发明方法制备的无水泥Al₂O₃-SiC质耐火浇注料各项性能均优于水泥窑喷煤管用含水泥Al₂O₃-SiC质耐火浇注料，加水量小于4.5％，在1100℃-1400℃使用温度区间抗折强度大于25MPa，显气孔率小于14％，耐磨值小于5cm³，水冷法测试热震稳定性大于50次。高温处理后基质部分生成大量堇青石相和少量尖晶石和莫来石相，加入少量金属Si粉和Al粉对材料的抗氧化性和耐碱性有明显的改善。

具体实施方式

实例1配方：

电熔棕刚玉粒径在3mm-5mm  22％

电熔棕刚玉粒径在1mm-3mm  24％

电熔棕刚玉粒径在0mm-1mm  23％

电熔棕刚玉粒径在180目    8％

SiC    粒径在0mm-1mm     4％

SiC    粒径在200目       2％

SiC    粒径在5μm        2％

α-Al₂O₃微粉粒径在0μm-10μm  3％

ρ-Al₂O₃微粉粒径在0μm-10μm  3％

二氧化硅微粉粒径在0μm-10μm  4％

金属硅粉粒径在200目    2％

电熔镁砂粒径在200目    3％

金属铝粉粒径在200目    0.02％

防爆纤维               0.05％

三聚磷酸钠             0.17％

柠檬酸                 0.05％。

原料配比选定后，按如下工艺制备：按配方量将不同粒度的电熔棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉、二氧化硅微粉、金属硅粉、金属铝粉、防爆纤维等在混料机中混合均匀，形成混合料A装入聚丙烯塑料袋；电熔镁砂(料B)单独包装；ρ-Al₂O₃微粉、三聚磷酸钠和柠檬酸组成料C单独包装；料B、料C分别用聚丙烯塑料袋密封包装后再装入料A袋中密封形成产成品。施工时，将包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混和均匀，加入4％～4.5％的水搅拌成可浇注施工的耐火浇注料。成型施工后养护5天以上即可投入使用。

实例1性能指标

实例2配方：

电熔棕刚玉粒径在3mm-5mm  22％

电熔棕刚玉粒径在1mm-3mm  24％

电熔棕刚玉粒径在0mm-1mm  23％

电熔棕刚玉粒径在180目   6％

SiC    粒径在0mm-1mm    5％

SiC    粒径在200目      2％

SiC    粒径在5μm       2％

α-Al₂O₃微粉粒径在0μm-10μm  3％

ρ-Al₂O₃微粉粒径在0μm-10μm  3％

二氧化硅微粉粒径在0μm-10μm  5％

金属硅粉粒径在200目    1％

电熔镁砂粒径在200目    4％

金属铝粉粒径在200目    0.05％

防爆纤维               0.08％

三聚磷酸钠             0.2％

柠檬酸                 0.02％。

实例2性能指标

Claims (2)

1.一种无水泥浇注料的制备方法，其特征是以电熔棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉为主要原料，以ρ-Al₂O₃和MgO-SiO₂-H₂O为结合体系，选用三聚磷酸钠为反絮凝剂，柠檬酸为缓凝剂，加入抗氧化剂金属硅粉和金属铝粉，加入防爆纤维，用量按下列重量百分比配制：

电熔棕刚玉3mm＜粒径≤5mm  22％-23％，

电熔棕刚玉1mm＜粒径≤3mm  24％-25％，

电熔棕刚玉0mm＜粒径≤1mm  23％-24％，

电熔棕刚玉粒径在180目      6％-8％，

SiC 0mm＜粒径≤1mm         4％-5％，

SiC    粒径在200目         2％-5％，

SiC    粒径在5μm          2％-5％，

α-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％-5％，

ρ-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％-5％，

二氧化硅微粉0μm＜粒径≤10μm  4％-8％，

金属硅粉粒径在200              1％-4％，

电熔镁砂粒径在200目            2％-6％，

金属铝粉粒径在200目            0.01％-0.08％，

防爆纤维                       0.01％-0.5％，

三聚磷酸钠                     0.01％-0.5％，

柠檬酸                         0.01％-0.1％；

上述防爆纤维、三聚磷酸钠、柠檬酸和金属铝粉的质量百分比不计在100％，其它所有物料的质量百分比之和为100％，防爆纤维、三聚磷酸钠、柠檬酸和金属铝粉的用量是在其它物料用量之和的基础上乘以各自的质量百分比；

其生产工艺是：按配方量将不同粒度的电熔棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉、二氧化硅微粉、金属硅粉、金属铝粉、防爆纤维等在混料机中混合均匀，形成混合料A装入聚丙烯塑料袋；电熔镁砂为料B单独包装；ρ-Al₂O₃微粉、三聚磷酸钠和柠檬酸组成料C单独包装；料B、料C分别用聚丙烯塑料袋密封包装后再装入混合料A袋中密封形成产成品；施工时，将包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混和均匀，加入4％～4.5％的水搅拌成可浇注施工的耐火浇注料；成型施工后养护5天以上即可投入使用。

2.如权利要求1所述一种无水泥浇注料的制备方法，其特征是无水泥浇注料的原料用量按下列重量百分比配制：

电熔棕刚玉3mm＜粒径≤5mm  22％，

电熔棕刚玉1mm＜粒径≤3mm  24％，

电熔棕刚玉0mm＜粒径≤1mm  23％，

电熔棕刚玉粒径在180目     8％，

SiC    0mm＜粒径≤1mm     4％，

SiC    粒径在200目        2％，

SiC    粒径在5μm         2％，

α-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％，

ρ-Al₂O₃微粉0μm＜粒径≤10μm  3％，

二氧化硅微粉0μm＜粒径≤10μm  4％，

金属硅粉粒径在200目    2％，

电熔镁砂粒径在200目    3％，

金属铝粉粒径在200目    0.02％，

防爆纤维               0.05％，

三聚磷酸钠             0.17％，

柠檬酸                 0.05％。