CN103864443B - 水泥窑用硅莫砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑用硅莫砖及其制备方法。该硅莫砖由特级铝矾土70～85%，碳化硅0.5～15%，工业废料0.5～15%和结合粘土3～8%组成；另外加入占四种原料总重量0.2～0.7%的工业糊精和2～5%的水。首先将原料进行混合，然后进行困料、成型，接着进行干燥、烧成，得到产品。本发明硅莫砖中引入一种含碳化硅和金属硅的工业废料部分或全部替代配料中所用的碳化硅。本发明既解决了碳化硅原料价格上涨造成的成本较高的问题，又解决了工业废料产生污染的问题。利用本发明制备的硅莫砖，既能保证硅莫砖产品的理化指标符合应用要求，又解决耐火材料企业面对的生产成本困境。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

Description

水泥窑用硅莫砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥窑用耐火材料，特别是涉及一种水泥窑用硅莫砖及其制备方法。

背景技术

水泥窑是一个大系统，从原料预热、分解、到高温煅烧生成熟料，直到冷却出料，前后总长几百米。而且这只是主系统，还有庞大的辅助系统，如通风系统、余热发电系统等，都处在高温下，都需要耐火材料的保护。然而，如此庞大的主辅系统除了都在严重的化学侵蚀性气氛中工作外，其他条件多不相同，温度不仅有高低不同，还有变化幅度和频率不同。受力情况更是千差万别，有受气流冲刷的，有受生熟料磨损的，还有受机械应力的。而气流冲刷强度、磨损及机械应力大小又各不相同，情况十分复杂。所以，对耐火材料的性能要求也就十分复杂。不可能只使用一种材料满足所有要求。必须采用系列耐火材料。水泥窑用耐火材料使用环境虽然千差万别，但是也存在共同性。即：严重的化学侵蚀性气氛、较大的机械应力和磨损、较强的热震应力。不同的则主要是温度相差较大。为此对耐火材料提出的主要要求是：抗化学侵蚀性强、强度高、耐磨损、抗热震能力强，不同部位耐火度有较大差别。

目前，水泥窑用耐火浇注料主要有碱性浇注料、高硅质浇注料和高铝质浇注料等。

耐火原料、燃料等资源的涨价及人工、运费等成本的增加，钢铁以及相关高温工业的持续下行，给我国耐火材料行业以及耐火材料生产企业带来前所未有的挑战，耐火材料行业面临的形势十分严峻。碳化硅是生产水泥窑用硅莫砖的重要原料，近年来碳化硅价格的不断攀涨和质量品级的下降给耐火材料企业带来了很大的困扰，回转窑的大型长寿化和耐材成本的控制也成为水泥企业发展的重要因素。为贯彻落实十八大关于实施创新驱动发展战略和大力推进生态文明建设，认真开展十二五规划中耐火材料围绕高温工业的需要，重点做好节能减排的工作。所以，开发研究资源再利用的耐火材料是十分必要的。

关于硅莫砖的文献报道也有很多。例如：1、申请号为201110059774.8的发明专利，该专利公开的硅莫砖包括特级铝矾土、金属硅粉和纸浆废液，各原料按照质量份数分别为：75~90份、10~18份和2~6份；该硅莫砖的制备方法包括将原料混合、压制、在氮气环境下逐步升温进行烧制等步骤。2、申请号为201010288841.9的发明专利，该发明公开了一种特种硅莫砖，由主料、辅料和结合剂制备而成：所述主料的重量百分配比为：铝矾土熟料：4mm≥粒度>2mm，20-25%；2mm≥粒度>1mm，20-2%；粒度≤1mm，15-20%；碳化硅：粒度≤1mm，10-20%；所述辅料的重量百分配比为：电熔刚玉：5-10%，325目以细；赛隆：5-10%，200目以细；红柱石：1≥粒度，5-10%；软质结合粘土：3-5%，200目以细；结合剂：纸浆废液，浓度为1.18-1.25g/cm3，为主料和辅料重量之和的4-4.5%。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种水泥窑用硅莫砖及其制备方法。本发明水泥窑用硅莫砖配料中引入一种含碳化硅和金属硅的工业废弃料部分替代或全部替代硅莫砖配料中所用的碳化硅。由此，本发明技术方案既解决了目前碳化硅原料价格上涨造成的成本较高的问题，又解决了工业废料产生污染的问题。并且，利用本发明技术方案制备的硅莫砖，既能保证硅莫砖产品的理化指标符合应用要求，又解决耐火材料企业面对的生产成本困境。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种水泥窑用硅莫砖，以重量百分含量表示，所述水泥窑用硅莫砖是由原料特级铝矾土70～85%，碳化硅0.5～15%，工业废料0.5～15%和结合粘土3～8%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.2～0.7%的工业糊精和2～5%的水。

根据上述的水泥窑用硅莫砖，所述特级铝矾土中Al₂O₃的质量百分含量≧85%，其粒度≦5mm。

根据上述的水泥窑用硅莫砖，所述碳化硅中SiC的质量百分含量为≧93%，其粒度为≦5mm。

根据上述的水泥窑用硅莫砖，所述工业废料为用后的磨料，由安阳市万源冶金耐材有限责任公司提供，联系方式：18903727778；所述工业废料中SiC和Si二者总的质量百分含量为≧90%，工业废料的粒度为≦0.088mm。

根据上述的水泥窑用硅莫砖，所述结合粘土中Al₂O₃的质量百分含量为≧30%，其粒度为≦0.088mm。

另外，提供一种水泥窑用硅莫砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a、按照上述水泥窑用硅莫砖的配比比例称取各种原料；

b、将步骤a称取的原料特级铝矾土和碳化硅倒入混料机中进行干混，干混3～5分钟，干混后倒入称取的水，再进行混料2～3分钟，最后加入称取的原料工业废料、结合粘土和工业糊精，接着混炼10～15分钟，得到混合物料；

c、将步骤b得到的混合物料进行困料，困料1～2小时，困料后压制成型为砖坯；

d、将步骤c压制成型的砖坯在干燥窑中进行干燥；

e、将步骤d干燥后的产品采用高温隧道窑或梭式窑进行烧成，烧成温度为1300～1450℃，在烧成温度下保温4～6小时，保温后进行冷却，冷却至50℃以下，冷却后得到产品水泥窑用硅莫砖。

根据上述的水泥窑用硅莫砖的制备方法，步骤c中所述困料后压制成型为砖坯，其压制成型过程中成型机的吨位为400～450T。

根据上述的水泥窑用硅莫砖的制备方法，步骤d中所述干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在110～150℃，干燥时间为16～20h。

根据上述的水泥窑用硅莫砖的制备方法，步骤e在烧成过程中，总的烧成时间为60～100小时，从常温升至烧成温度1300～1450℃的升温速度为8～20℃/h；保温后进行冷却过程中，从烧成温度～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

本发明的积极有益效果：

1、本发明水泥窑用硅莫砖配料中引入一种含碳化硅和金属硅的工业废弃磨料属于资源再生利用，用该工业废弃料可以部分替代或全部替代硅莫砖配料中所用的碳化硅。由此，本发明技术方案既解决了目前碳化硅原料价格上涨造成的成本较高的问题，又解决工业废料再利用的问题。并且，利用本发明技术方案制备的硅莫砖，既能保证硅莫砖产品的理化指标符合应用要求，又解决耐火材料企业面对的生产成本困境（详见实施例部分及其本发明产品的检测数据）。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

2、由于本发明采用的工业废弃料具有较大的活性，使得添加该原料后，硅莫砖的烧成温度较原来的烧成温度降低25℃左右，每吨砖可节约天然气10%左右，节能效果显著。因此，利用本发明技术方案制备硅莫砖，既能保证硅莫砖产品的理化指标符合水泥窑应用要求，又能解决耐火材料企业面对的生产成本困境。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

四、具体实施方式

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1：

本发明水泥窑用硅莫砖，以重量百分含量表示，由原料特级铝矾土85%，碳化硅10%，工业废料2%和结合粘土3%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.5%的工业糊精和3.5%的水。

采用的原料特级铝矾土中Al₂O₃的质量百分含量≧85%，其粒度≦5mm；碳化硅中SiC的质量百分含量为≧93%，其粒度为≦5mm；工业废料中SiC和Si二者总的质量百分含量为≧90%，工业废料的粒度为≦0.088mm；结合粘土中Al₂O₃的质量百分含量为≧30%，其粒度为≦0.088mm。

本发明水泥窑用硅莫砖的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、按照上述水泥窑用硅莫砖的配比比例称取各种原料；

b、将称取的原料特级铝矾土和碳化硅倒入混料机中进行干混，干混5分钟，干混后倒入称取的水，再进行混料3分钟，最后加入称取的原料工业废料、结合粘土和工业糊精，接着混炼15分钟，得到混合物料；

c、将步骤b得到的混合物料进行困料，困料2小时；困料后压制成型为砖坯，压制成型过程中成型机的吨位为450T；

d、将步骤c压制成型的砖坯在干燥窑中进行干燥；

干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在130℃，干燥时间为18h；

e、将步骤d干燥后的产品采用高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1390℃，在烧成温度下保温6小时，保温后进行冷却，冷却至50℃，冷却后得到产品水泥窑用硅莫砖（所得产品的相关性能参数详见表1）。

烧成过程中：从常温升至烧成温度1390℃的升温速度为10～15℃/h；保温后冷却过程中，1390～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

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实施例2：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明水泥窑用硅莫砖，以重量百分含量表示，由原料特级铝矾土80%，碳化硅5%，工业废料10%和结合粘土5%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.5%的工业糊精和4%的水。

本发明水泥窑用硅莫砖的制备方法，与实施例1不同之处在于：

步骤c中：困料1.5小时，压制成型过程中成型机的吨位为430T；

步骤d中：干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在110℃，干燥时间为20h；

步骤e中：烧成温度为1300℃，在烧成温度下保温6小时；烧成过程中：从常温升至烧成温度1300℃的升温速度为10～12℃/h；保温后冷却过程中，1300～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

本实施例所得产品的性能参数详见表2。

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实施例3：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明水泥窑用硅莫砖，以重量百分含量表示，由原料特级铝矾土78%，碳化硅4%，工业废料12%和结合粘土6%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.2%的工业糊精和4%的水。

本发明水泥窑用硅莫砖的制备方法，与实施例1不同之处在于：

步骤c中：困料1.5小时，压制成型过程中成型机的吨位为400T；

步骤d中：干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在150℃，干燥时间为16h；

步骤e中：烧成温度为1400℃，在烧成温度下保温5小时；烧成过程中：从常温升至烧成温度1400℃的升温速度为12～15℃/h；保温后冷却过程中，1400～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

本实施例所得产品的性能参数详见表3。

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实施例4：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明水泥窑用硅莫砖，以重量百分含量表示，由原料特级铝矾土75%，碳化硅2%，工业废料15%和结合粘土8%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.5%的工业糊精和4.5%的水。

本发明水泥窑用硅莫砖的制备方法，与实施例1不同之处在于：

步骤c中：困料1.5小时，压制成型过程中成型机的吨位为420T；

步骤d中：干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在120℃，干燥时间为20h；

步骤e中：烧成温度为1450℃，在烧成温度下保温4小时；烧成过程中：从常温升至烧成温度1450℃的升温速度为12～15℃/h；保温后冷却过程中，1450～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

本实施例所得产品的性能参数详见表4。

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Claims (6)

1.一种水泥窑用硅莫砖，其特征在于：以重量百分含量表示，所述水泥窑用硅莫砖是由原料特级铝矾土70～85%，碳化硅0.5～15%，工业废料0.5～15%和结合粘土3～8%组成；另外加入占上述四种原料总重量0.2～0.7%的工业糊精和2～5%的水；

所述工业废料为用后的磨料；所述工业废料中SiC和Si二者总的质量百分含量为≧90%，工业废料的粒度为≦0.088mm；

所述水泥窑用硅莫砖是通过以下方法制备而成：

a、按照上述水泥窑用硅莫砖的配比比例称取各种原料；

b、将步骤a称取的原料特级铝矾土和碳化硅倒入混料机中进行干混，干混3～5分钟，干混后倒入称取的水，再进行混料2～3分钟，最后加入称取的原料工业废料、结合粘土和工业糊精，接着混炼10～15分钟，得到混合物料；

c、将步骤b得到的混合物料进行困料，困料1～2小时，困料后压制成型为砖坯；

d、将步骤c压制成型的砖坯在干燥窑中进行干燥；

e、将步骤d干燥后的产品采用高温隧道窑或梭式窑进行烧成，烧成温度为1300～1450℃，在烧成温度下保温4～6小时，保温后进行冷却，冷却至50℃以下，冷却后得到产品水泥窑用硅莫砖；

在烧成过程中，总的烧成时间为60～100小时，从常温升至烧成温度1300～1450℃的升温速度为8～20℃/h；保温后进行冷却过程中，烧成温度～1250℃之间的冷却速度为12～15℃/h；1250～950℃之间的冷却速度为5～8℃/h；950～50℃之间的冷却速度为15～18℃/h。

2.根据权利要求1所述的水泥窑用硅莫砖，其特征在于：所述特级铝矾土中Al₂O₃的质量百分含量≧85%，其粒度≦5mm。

3.根据权利要求1所述的水泥窑用硅莫砖，其特征在于：所述碳化硅中SiC的质量百分含量为≧93%，其粒度为≦5mm。

4.根据权利要求1所述的水泥窑用硅莫砖，其特征在于：所述结合粘土中Al₂O₃的质量百分含量为≧30%，其粒度为≦0.088mm。

5.根据权利要求1所述的水泥窑用硅莫砖，其特征在于：步骤c中所述困料后压制成型为砖坯，其压制成型过程中成型机的吨位为400～450T。

6.根据权利要求1所述的水泥窑用硅莫砖，其特征在于：步骤d中所述干燥窑入车口温度为50～70℃，干燥窑最高温度控制在110～150℃，干燥时间为16～20h。