CN102617160A - 一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。本发明的原料及其质量含量：55~70%的板状刚玉颗粒，5~10%的碳化硅颗粒，5~8%的板状刚玉细粉，5~10%的α-Al₂O₃微粉，8~15%的纯铝酸钙水泥，3~5%的碳化硅细粉，2~4%的单质硅粉；外加所述原料1~2%的不锈钢纤维和0.1~0.2%的聚羧酸盐类减水剂。其制备方法是：先将板状刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥、碳化硅细粉、单质硅粉、不锈钢纤维和聚羧酸盐类减水剂混炼，再将板状刚玉颗粒和碳化硅颗粒混合，共同混炼；然后加入所述原料5~6wt%的水，混匀，成型，干燥；最后升温至1200~1500℃，保温2~4小时。本发明工艺简单，制品强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异和耐磨性能好。

Description

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法

技术领域

本发明属于窑炉烧嘴用耐火材料技术领域，尤其涉及一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。

背景技术

水泥窑喷煤嘴用耐火材料是保证水泥窑正常运转的关键性因素之一，现阶段服役时间一般为3~4个月，而且使用条件越来越苛刻。通常喷煤嘴浇注料的损毁方式主要包括：使用过程中水泥窑的辐射热及用于冷却部件的冷空气造成的热冲击导致材料产生裂纹和剥落；原料中碱、硫和氯等组分的挥发和凝聚，造成循环富集，加剧了对喷煤嘴用耐火材料的侵蚀；生产过程中热蒸气和水泥粉尘对喷煤嘴的磨损和冲刷导致寿命严重下降。

目前，水泥窑喷煤嘴多采用高铝质不定型耐火材料，高铝质浇注料热膨胀系数高，热震稳定性较差，在使用过程中喷煤嘴处于窑内高温区，煤粉的快速冲刷造成喷煤嘴耐磨性能较差，导致材料使用寿命短，而且常规的施工及更换方式需要的时间长，成本高。因此，如何制备出抗热震、抗侵蚀、耐磨损以及经济效益高等综合性能好的喷煤嘴用耐火材料显得尤为重要。

值得关注的是，目前大多数喷煤嘴用耐火材料采用浇注成型，无法预先热处理，在回转窑使用过程中迅速升温，造成中低温强度不稳定，而且容易受碱、硫和氯等气氛的侵蚀。现有技术大多集中于如何解决喷煤嘴用耐火材料的热震稳定性差、耐磨性不佳及抗侵蚀性能欠佳等问题，但均未达到理想的效果，即使性能较好，但生产工艺非常复杂，劳动成本相应增加，如“熟料窑耐磨喷煤嘴燃烧装置”（ZL200820096358.9）专利技术，采用内套管与外套管之间充填浇注料的方式来提高整体耐磨性，但外套管内部焊接抓钩和采用两层套管来实现浇注工艺显得太复杂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种生产工艺简单、安装更换方便、强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异和耐磨性能好的水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的原料及其百分含量是：55~70wt%的板状刚玉颗粒，5~10wt%的碳化硅颗粒，5~8wt%的板状刚玉细粉，5~10wt%的α-Al₂O₃微粉，8~15wt%的纯铝酸钙水泥，3~5wt%的碳化硅细粉，2~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.1~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本发明的制备方法是：按所述原料及其百分含量，先将板状刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥、碳化硅细粉、单质硅粉、不锈钢纤维和聚羧酸盐类减水剂混炼3~5分钟，制成预混粉；再将板状刚玉颗粒和碳化硅颗粒混合3~5分钟，倒入所述预混粉中，共同混炼3~6分钟；然后加入所述原料5~6wt%的水，混合5~8分钟，浇注成型，养护2~4天，脱模、干燥；最后升温至1200℃~1500℃，保温2~4小时，即得水泥窑喷煤嘴用预制件。

在上述技术方案中：所述板状刚玉颗粒的级配是：3~5mm为板状刚玉颗粒40~50wt%，1~3mm为板状刚玉颗粒25~40wt%，0.1~1mm为板状刚玉颗粒10~25wt%；碳化硅颗粒的粒径为1~2mm，碳化硅中的SiC含量≥97wt%；板状刚玉细粉的粒径≤0.088mm；α-Al₂O₃微粉的粒径≤5μm；纯铝酸钙水泥中的Al₂O₃含量≥71wt%；碳化硅细粉的粒径≤0.045mm；单质硅粉的粒径≤0.045mm。

由于采用上述技术方案，本发明在预制件基质中选用SiC细粉，由于SiC的硬度介于刚玉和金刚石之间、熔点高（常压下2973℃分解）、导热系数高（83.6W/(m·K)）、热膨胀系数小（2.98×10^-6/℃(0~1000℃)）、化学性能稳定、耐磨性能好和抗酸碱侵蚀能力强。在使用过程中，Si及部分SiC会发生氧化生成SiO₂，与基质中的刚玉相发生反应，提高了材料的强度。更重要的是，该预制件预先经1200℃~1500℃烧成然后安装使用，烧成后预制件结构更致密，同时材料中有CA₂相和CA₆相生成，可以极大提高材料强度和热震稳定性。一方面，CA₂具有很低的热膨胀系数(200℃，1.4×10^-6/℃；1400℃，4.4×10^-6/℃)，在和其他高熔点、高热膨胀系数材料(如MgO、Al₂O₃等)复合时可以很大程度降低复相材料的热膨胀系数，提高材料热震稳定性；另一方面，CA₆具有六方片状晶体结构，与刚玉化学相容性好，热膨胀系数相近，且CA₆在高温还原气氛下稳定，在碱性环境中也有足够的抗侵蚀能力，能够大幅提高强度。经过烧成的预制件强度高，常温耐压强度为120~180MPa，常温抗折强度为15~28MPa，抗侵蚀和耐磨性能进一步提高，而且安装和更换方便，可减少停窑时间，节约成本。

因此，本发明具有生产工艺简单、安装及更换方便、强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异和耐磨性能好的特点，能满足大型水泥窑生产的需要。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式中原料的理化参数统一描述如下：

板状刚玉细粉的粒径≤0.088mm；α-Al₂O₃微粉的粒径≤5μm；纯铝酸钙水泥中的Al₂O₃含量≥71wt%；碳化硅细粉的粒径≤0.045mm；单质硅粉的粒径≤0.045mm；碳化硅颗粒的粒径为1~2mm，碳化硅中的SiC含量≥97wt%；板状刚玉颗粒的级配是：3~5mm为板状刚玉颗粒40~50wt%，1~3mm为板状刚玉颗粒25~40wt%，0.1~1mm为板状刚玉颗粒10~25wt%。

实施例1

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：55~60wt%的板状刚玉颗粒，8~10wt%的碳化硅颗粒，7~8wt%的板状刚玉细粉，8~10wt%的α-Al₂O₃微粉，8~10wt%的纯铝酸钙水泥，4~5wt%的碳化硅细粉，2~3wt%的单质硅粉；外加所述原料1~1.5wt%的不锈钢纤维和所述原料0.1~0.15wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：按所述原料及其百分含量，先将板状刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥、碳化硅细粉、单质硅粉、不锈钢纤维和聚羧酸盐类减水剂混炼3~5分钟，制成预混粉；再将板状刚玉颗粒和碳化硅颗粒混合3~5分钟，倒入所述预混粉中，共同混炼3~6分钟；然后加入所述原料5~6wt%的水，混合5~8分钟，浇注成型，养护2~4天，脱模、干燥；最后升温至1200~1300℃，保温2~4小时，即得水泥窑喷煤嘴用预制件。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为120~142MPa，常温抗折强度为15~20MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

实施例2

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：55~60wt%的板状刚玉颗粒，5~8wt%的碳化硅颗粒，7~8wt%的板状刚玉细粉，8~10wt%的α-Al₂O₃微粉，10~15wt%的纯铝酸钙水泥，3~4wt%的碳化硅细粉，3~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1.5~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.15~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：除最后升温至1300~1400℃外，其余同实施例1。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为125~146MPa，常温抗折强度为17~23MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

实施例3

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：60~65wt%的板状刚玉颗粒，5~8wt%的碳化硅颗粒，6~8wt%的板状刚玉细粉，5~9wt%的α-Al₂O₃微粉，8~10wt%的纯铝酸钙水泥，3~4wt%的碳化硅细粉，2~3wt%的单质硅粉；外加所述原料1.5~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.15~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：除最后升温至1400~1500℃外，其余同实施例1。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为138~149MPa，常温抗折强度为20~24MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

实施例4

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：60~65wt%的板状刚玉颗粒，7~9wt%的碳化硅颗粒，5~7wt%的板状刚玉细粉，6~8wt%的α-Al₂O₃微粉，9~12wt%的纯铝酸钙水泥，4~5wt%的碳化硅细粉，3~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1~1.5wt%的不锈钢纤维和所述原料0.1~0.15wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：除最后升温至1300~1400℃外，其余同实施例1。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为133~145MPa，常温抗折强度为19~24MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

实施例5

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：65~70wt%的板状刚玉颗粒，5~8wt%的碳化硅颗粒，5~6wt%的板状刚玉细粉，5~7wt%的α-Al₂O₃微粉，8~10wt%的纯铝酸钙水泥，3~4wt%的碳化硅细粉，3~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1.5~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.15~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：除最后升温至1400~1500℃外，其余同实施例1。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为150~180MPa，常温抗折强度为23~28MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

实施例6

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法。其原料及其百分含量是：63~68wt%的板状刚玉颗粒，6~9wt%的碳化硅颗粒，5~6wt%的板状刚玉细粉，5~6wt%的α-Al₂O₃微粉，8~9wt%的纯铝酸钙水泥，3~4wt%的碳化硅细粉，3~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1.5~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.15~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂。

本实施例的制备方法是：除最后升温至1400~1500℃外，其余同实施例1。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度为141~175MPa，常温抗折强度为21~27MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

本具体实施方式在预制件基质中选用SiC细粉，由于SiC的硬度介于刚玉和金刚石之间、熔点高（常压下2973℃分解）、导热系数高（83.6W/(m·K)）、热膨胀系数小（2.98×10^-6/℃(0~1000℃)）、化学性能稳定、耐磨性能好和抗酸碱侵蚀能力强。在使用过程中，Si及部分SiC会发生氧化生成SiO₂，与基质中的刚玉相发生反应，提高了材料的强度。更重要的是，该预制件预先经1200℃~1500℃烧成然后安装使用，烧成后预制件结构更致密，同时材料中有CA₂相和CA₆相生成，可以极大提高材料强度和热震稳定性。一方面，CA₂具有很低的热膨胀系数(200℃，1.4×10^-6/℃；1400℃，4.4×10^-6/℃)，在和其他高熔点、高热膨胀系数材料(如MgO、Al₂O₃等)复合时可以很大程度降低复相材料的热膨胀系数，提高材料热震稳定性；另一方面，CA₆具有六方片状晶体结构，与刚玉化学相容性好，热膨胀系数相近，且CA₆在高温还原气氛下稳定，在碱性环境中也有足够的抗侵蚀能力，能够大幅提高强度。经过烧成的预制件强度高，常温耐压强度为120~180MPa，常温抗折强度为15~28MPa，抗侵蚀和耐磨性能进一步提高，而且安装和更换方便，可减少停窑时间，节约成本。

因此，本具体实施方式具有生产工艺简单、安装及更换方便、强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异和耐磨性能好的特点，能满足大型水泥窑生产的需要。

 

实施例1：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：55~60%的板状刚玉颗粒、8~10%的碳化硅颗粒、7~8%的板状刚玉细粉、8~10%的α-Al₂O₃微粉、8~10%的纯铝酸钙水泥、4~5%的碳化硅微粉和3~4%的单质硅粉，外加上述原料的1~1.5%的不锈钢纤维及0.1~0.15%的减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥100MPa，常温抗折强度≥12MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥120MPa、抗折强度≥17MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

实施例2：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：55~60%的板状刚玉颗粒及5~8%的碳化硅颗粒为骨料，以7~8%的板状刚玉细粉、8~10%的α-Al₂O₃微粉、10~15%的纯铝酸钙水泥、3~4%的碳化硅微粉和3~4%的单质硅粉为基质，外加上述原料的1~2 %的不锈钢纤维及0.1~0.2%的高效减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥105MPa，常温抗折强度≥15MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥126MPa、抗折强度≥20MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

实施例3：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：60~65%的板状刚玉颗粒及5~8%的碳化硅颗粒为骨料，以6~8%的板状刚玉细粉、5~7%的α-Al₂O₃微粉、8~10%的纯铝酸钙水泥、3~4%的碳化硅微粉和2~3%的单质硅粉为基质，外加上述原料的1.5~2 %的不锈钢纤维及0.15~0.2%的高效减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥118MPa，常温抗折强度≥20MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥139MPa、抗折强度≥24MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

实施例4：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：60~65%的板状刚玉颗粒及7~9%的碳化硅颗粒为骨料，以5~8%的板状刚玉细粉、6~8%的α-Al₂O₃微粉、9~12%的纯铝酸钙水泥、4~5%的碳化硅微粉和2~3%的单质硅粉为基质，外加上述原料的1~1.5 %的不锈钢纤维及0.1~0.15%的高效减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥103MPa，常温抗折强度≥14MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥122MPa、抗折强度≥19MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

实施例5：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：65~70%的板状刚玉颗粒及5~8%的碳化硅颗粒为骨料，以5~6%的板状刚玉细粉、5~7%的α-Al₂O₃微粉、8~10%的纯铝酸钙水泥、3~4%的碳化硅微粉和2~4%的单质硅粉为基质，外加上述原料的1~2%的不锈钢纤维及0.15~0.2%的高效减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥128MPa，常温抗折强度≥28MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥150MPa、抗折强度≥33MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

 

实施例6：

一种水泥窑喷煤嘴用预制件及其制备方法，预制件的原料组成为：63~68%的板状刚玉颗粒及6~9%的碳化硅颗粒为骨料，以5~6%的板状刚玉细粉、5~6%的α-Al₂O₃微粉、8~9%的纯铝酸钙水泥、3~4%的碳化硅微粉和3~4%的单质硅粉为基质，外加上述原料的1.5~2%的不锈钢纤维及0.15~0.2%的高效减水剂。

本实施例所制得的预制件常温耐压强度≥120MPa，常温抗折强度≥24MPa，1500℃*3h处理后耐压强度≥141MPa、抗折强度≥30MPa，热震稳定性良好，抗碱、氯、硫气氛侵蚀性能优良。

所制得的预制件强度高且稳定、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异、耐磨性能好、安装及更换方便，能很好满足现代水泥窑喷煤嘴对耐火材料的要求。

Claims (9)

1.一种水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述水泥窑喷煤嘴用预制件的原料及其百分含量是：55~70wt%的板状刚玉颗粒，5~10wt%的碳化硅颗粒，5~8wt%的板状刚玉细粉，5~10wt%的α-Al₂O₃微粉，8~15wt%的纯铝酸钙水泥，3~5wt%的碳化硅细粉，2~4wt%的单质硅粉；外加所述原料1~2wt%的不锈钢纤维和所述原料0.1~0.2wt%的聚羧酸盐类减水剂；

所述水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法是：按所述原料及其百分含量，先将板状刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥、碳化硅细粉、单质硅粉、不锈钢纤维和聚羧酸盐类减水剂混炼3~5分钟，制成预混粉；再将板状刚玉颗粒和碳化硅颗粒混合3~5分钟，倒入所述预混粉中，共同混炼3~6分钟；然后加入所述原料5~6wt%的水，混合5~8分钟，浇注成型，养护2~4天，脱模、干燥；最后升温至1200℃~1500℃，保温2~4小时，即得水泥窑喷煤嘴用预制件。

2.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述板状刚玉颗粒的级配是：3~5mm为板状刚玉颗粒40~50wt%，1~3mm为板状刚玉颗粒25~40wt%， 0.1~1mm为板状刚玉颗粒10~25wt%。

3.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述碳化硅颗粒的粒径为1~2mm，碳化硅中的SiC含量≥97wt%。

4.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述板状刚玉细粉的粒径≤0.088mm。

5.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述α-Al₂O₃微粉的粒径≤5μm。

6.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述纯铝酸钙水泥中的Al₂O₃含量≥71wt%。

7.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述碳化硅细粉的粒径≤0.045mm。

8.根据权利要求1所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法，其特征在于所述单质硅粉的粒径≤0.045mm。

9.根据权利要求1~8中任一项所述的水泥窑喷煤嘴用预制件的制备方法所生产的水泥窑喷煤嘴用预制件。