CN103951444B - 循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料及其生产工艺，属于不定形耐火材料领域，具体涉及一种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料及其制备方法。制造技术方案是用废碳化硅板颗粒、废熔融石英棍棒颗粒、废粘土砖颗粒作为颗粒料，以60高铝矾土细粉、粘土细粉为基质料，引入复合无机结合剂、固化剂，经过物料选取、精确称量、醒料和泥料搅拌等过程制做而成。所述高抗热震性涂抹料与传统循环流化床锅炉风室用衬里材料的相比，抗热震性显著提高，使用寿命显著延长。
Description
技术领域
本发明属于不定形耐火材料领域，具体涉及一种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料及其生产工艺。
背景技术
本发明所涉及的高抗热震性涂抹料，是一种热电行业循环流化床锅炉风室顶部和侧墙部位使用的耐火衬里材料，起着隔离火焰防止蒸汽管路等金属部件氧化的作用。点火过程中，风室内温度由常温升至1200℃，点火完毕，风室内温度由1200℃降至常温，在升温和降温的过程中，由于内外温差，耐火衬里材料内部产生热应力，在周而复始的热应力作用下，耐火衬里材料产生内部裂纹，并逐步剥落，一旦剥落就要停炉维修。风室内耐火衬里材料性能，直接影响锅炉运转和使用寿命。
循环流化床锅炉是火力发电厂的关键设备，因为其热效率高，能经济合理地燃用劣质煤，在清洁燃烧方面显示出很大的优越性，国内发展迅猛。循环流化床锅炉技术水平不断提高，对风室内耐火内衬材料的技术要求也在不断提高，要求风室内耐火内衬材料具有更好的抗热震性，目的是确保耐火内衬不脱落，确保蒸汽管路不氧化，确保锅炉长期正常运转，并延长锅炉使用寿命。
传统风室用耐火衬里材料是以硬质粘土熟料为颗粒料,以高铝细粉为基质料，以高铝水泥、煅烧氧化铝微粉、二氧化硅微粉为复合无机结合剂，经加水搅拌制成泥料，再进行涂抹施工而成。所述硬质粘土熟料土YNS-43，体积密度≥2.45g/cm3，Al2O3含量43～50％，Fe2O3含量≤1.5％；所述70高铝细粉为GL-70高铝细粉，Al2O3含量70～80％；所述高铝水泥为A600铝酸盐水泥；所述煅烧氧化铝微粉，Al2O3含量≥98.5％，粒度D50≤10微米；所述二氧化硅微粉，SiO2含量≥93％,粒度D50≤2微米。
抗热震性是风室用耐火衬里材料的关键性能指标，硬质粘土熟料、高铝矾土热膨胀系数较大，造成衬里材料整体热膨胀系数较大，对抗热震性不利；以高铝水泥、煅烧氧化铝微粉、二氧化硅微粉复合结合而成的传统衬里材料，具有致密度高、强度大的特点，但刚性较强、韧性较差，导致抗热震性较差。传统风室用耐火衬里材料在经常点火和停炉的循环流化锅炉风室使用，经常出现剥落现象，影响了循环流化床锅炉的正常运转。
发明内容
为了提高风室用衬里材料抗热震性，本发明提供了一种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明提供一种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于包括的组分及其所占的质量份数如下：
本发明所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述复合无机结合剂为：40％浓度的硫酸铝溶液和42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液两种无机酸性结合剂混合而成；所述两种无机酸性结合剂混合比例为：40％浓度的硫酸铝溶液：42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液＝4:6。
所述固化剂，为A600铝酸盐水泥。
所述的废碳化硅板颗粒，是用作陶瓷窑具的报废碳化硅板，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiC含量≥90％，体积密度≥2.4g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数4.336×10-6，导热系数9-11(W/m·K)。
所述废熔融石英棍棒颗粒，是用作陶瓷窑具的报废熔融石英辊棒，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiO2含量≥99％，体积密度1.97g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数0.5-0.9×10-6。
所述废粘土砖颗粒，是用作加热炉内衬的报废粘土砖，回收后经破碎、筛分而成，Al2O3含量43.2％，体积密度2.23g/cm3,粒度为＜8mm通料，热膨胀系数5.7×10-6。
所述60高铝矾土细粉为GL-60高铝细粉，Al2O3含量60～70％，粒度为＜180目。
所述粘土细粉为软质高岭土，Al2O3含量35～38％，灼减13～15％，粒度为＜180目。
本发明所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的生产工艺，其特征在于制备工艺包含如下步骤：
(1)物料的选取
分别选取上述适当规格的原料：废碳化硅板颗粒为＜3mm通料，废熔融石英棍棒颗粒为＜3mm通料，废粘土砖颗粒为＜8mm通料，60高铝矾土细粉粒度为＜180目，粘土细粉粒度为＜180目；复合无机结合剂，混合比例为：40％浓度的硫酸铝溶液：42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液＝4:6；固化剂为A600铝酸盐水泥；
(2)混合粉的制备
按重量比称取60高铝矾土细粉23.5-26份、粘土细粉9.5-10.5份、固化剂1.5-2.5份，总重为33.5-36.5份，混合均匀后即为混合粉；
(3)混合骨料的制备
按重量比称取废碳化硅板颗粒10-15份、废熔融石英棍棒颗10-17.5份、废粘土砖颗粒24-26份，总重为50-51.5份，混合均匀后即为混合骨料；
施工工艺包含如下步骤：
(1)高抗热震性涂抹料运输
将上述混合粉33.5-36.5份、混合骨料50-51.5份、复合无机结合剂12-13.5份，按重量比运至施工现场；
(2)高抗热震性涂抹料醒料
按重量比，将混合骨料50-51.5份加入JQ350高效立式搅拌机中，搅拌30秒钟，再加入8-9.5份复合无机结合剂搅拌1分钟，再加入混合粉33.5-36.5份搅拌2分钟，将混合好的半干料放出，封盖醒料24小时备用；
(3)高抗热震性涂抹料泥料制备
将上述醒好的半干料，加入JQ350高效立式搅拌机中，搅拌30秒钟，再按重量比加入4-5.5份复合无机结合剂，搅拌3分钟放料，即为可以进行炉内涂抹施工的高抗热震性涂抹料。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.所述高抗热震性涂抹料与传统循环流化床锅炉风室用衬里材料的相比，抗热震性显著提高，使用寿命显著延长。二者的对比如表一所示：
表一：高抗热震性涂抹料与传统循环流化床锅炉风室用衬里材料的相比表格
2、资源和燃料节约：使用废碳化硅板、废熔融石英棍棒、废粘土砖三种废耐火材料制做高抗热震性涂抹料，替代了硬质粘土熟料用作循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的颗粒料；硬质粘土熟料生产过程，需要消耗需要消耗大量的硬质高岭土资源，需要燃烧大量煤气或天然气。本发明达到了节约资源和降低能耗的目的，是工业资源的二次利用。
3、使用GL-60高铝细粉替代GL-70高铝细粉，是较低档原料替代较高档原料，且在满足耐高温性能的前提下，有利于提高抗热震性能，是工业资源的高效利用。
4、延长了循环流化床锅炉的维修周期，降低了客户锅炉维修成本，延长了设备正常运转时间，提高了客户经济效益。
5、本发明提高了产品质量水平，得到了客户的信任和满意，能有效提升市场占有率。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
所述循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料具有高抗热震性特征，与传统风室用衬里材料相比，使用寿命显著延长。
制造技术方案是用前述废碳化硅板颗粒、废熔融石英棍棒颗粒、废粘土砖颗粒作为颗粒料，以60高铝矾土细粉、粘土细粉为基质料，引入复合无机结合剂、固化剂，经过物料选取、精确称量、醒料和泥料搅拌等过程制做而成。
(一)循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料各成分按重量比的加入量为：废碳化硅板颗粒10-15份，废熔融石英棍棒颗粒10-17.5份，废粘土砖颗粒24-26份，60高铝矾土细粉23.5-26份，粘土细粉9.5-10.5份，复合无机结合剂12-13.5份，固化剂1.5-2.5份。
所述的废碳化硅板颗粒，是用作陶瓷窑具的报废碳化硅板，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiC含量≥90％，体积密度≥2.4g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数4.336×10-6，导热系数9-11(W/m·K)。
所述废熔融石英棍棒颗粒，是用作陶瓷窑具的报废熔融石英辊棒，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiO2含量≥99％，体积密度1.97g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数0.5-0.9×10-6。
所述废粘土砖颗粒，是用作加热炉内衬的报废粘土砖，回收后经破碎、筛分而成，Al2O3含量43.2％，体积密度2.23g/cm3,粒度为＜8mm通料，热膨胀系数5.7×10-6。
所述60高铝矾土细粉为GL-60高铝细粉，Al2O3含量60～70％，粒度为＜180目；
所述粘土细粉为软质高岭土，Al2O3含量35～38％，灼减13～15％，粒度为＜180目；
所述复合无机结合剂，为40％浓度的硫酸铝溶液、42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液，两种无机酸性结合剂混合而成。
所述两种无机酸性结合剂混合比例为：
40％浓度的硫酸铝溶液：42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液＝4:6
所述固化剂，为A600铝酸盐水泥。
(二)该种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的制备方法，包含以下步骤：
(1)物料的选取
分别选取上述适当规格的原料：废碳化硅板颗粒为＜3mm通料，废熔融石英棍棒颗粒为＜3mm通料，废粘土砖颗粒为＜8mm通料，60高铝矾土细粉粒度为＜180目；
所述复合无机结合剂，为40％浓度的硫酸铝溶液、42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液，两种无机酸性结合剂混合而成。
所述两种无机酸性结合剂混合比例为：
40％浓度的硫酸铝溶液：42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液＝4:6；
固化剂为A600铝酸盐水泥。
(2)混合粉的制备
按重量比称取60高铝矾土细粉23.5-26份、粘土细粉9.5-10.5份、固化剂1.5-2.5份，总重为33.5-36.5份，混合均匀后即为混合粉；
(3)混合骨料的制备
按重量比称取废碳化硅板颗粒10-15份、废熔融石英棍棒颗10-17.5份、废粘土砖颗粒24-26份，总重为50-51.5份，混合均匀后即为混合骨料；
本发明所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的施工工艺包含如下步骤：
1)高抗热震性涂抹料运输
将上述混合粉33.5-36.5份、混合骨料50-51.5份、复合无机结合剂12-13.5份，按重量比运至施工现场。
2)高抗热震性涂抹料醒料
按重量比，将混合骨料50-51.5份加入JQ350高效立式搅拌机中，搅拌30秒钟，再加入8-9.5份复合无机结合剂搅拌1分钟，再加入混合粉33.5-36.5份搅拌2分钟，将混合好的半干料放出，封盖醒料24小时备用。
3)高抗热震性涂抹料泥料制备
将上述醒好的半干料，加入JQ350高效立式搅拌机中，搅拌30秒钟，再按重量比加入4-5.5份复合无机结合剂，搅拌3分钟放料，即为可以进行炉内涂抹施工的高抗热震性涂抹料。
(三)下面结合具体的实施例对循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的发明做进一步的阐述，见下表二：
表二：循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料制备实施例参数及检测结果
(四)本发明的使用方法：本发明制备的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料使用
方法是，将上述制备好的泥料人工涂抹或机械捣制于施工部位，在常温养护过程中形成一定强度，在升温和使用过程中强度进一步提高。
(五)循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料的创新点在于：
1)最佳配比的复合无机结合剂使高抗热震性涂抹料具有良好的顶部施工性能。
风室顶部施工难度较大，施工面朝下，操作人员施工过程是朝上部涂抹，在涂抹料粘性和塑性不理想的情况下，涂抹料容易下垂或向下掉落。
在本复合无机结合剂中，40％浓度的硫酸铝溶液在低温下无粘结性，但具有较好的润湿性；42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液在低温下具有良好的粘结性和塑性，但润湿性较差。
在试制过程中，采用单因素优选法，找到了两种酸性结合剂的最佳配比4:6。
在以上最佳配比条件下，高抗热震性涂抹料与施工面容易粘结，且粘结后不下垂、不掉落，料层容易压实，表面容易抹平。
2)选择具有热膨胀系数差异的颗粒料
| 原料名称 | 热膨胀系数×10-6K-1 |
| 氧化物结合碳化硅棚板 | 4.33 |
| 熔融石英棍棒 | 0.5～0.9 |
| 粘土砖 | 4.5～6 |
由上表可知：废碳化硅板颗粒、废熔融石英棍棒颗和废粘土砖颗粒，在升降温过程中，颗粒之间热膨胀系数的差异，使不同品种的颗粒膨胀和收缩不一致，在颗粒之间形成微裂纹，弥散性分布的微裂纹，能够吸收大裂纹的扩展能，阻断大裂纹的进一步发展，从而提高了材料抗热震性。
3)在配方中引入适量软质粘土细粉
在点火状态下，风室内温度为1000～1200℃，在此温度作用下，粘土产生高粘度液相，形成粘塑性，能够减少或缓冲热应力造成的不良影响，提高了抗热震性。
4)在配方中引入适量废碳化硅板颗粒
碳化硅导热性能好，导热系数9-11(W/m·K)，在升降温过程中，有利于衬里材料内外温度均衡，减小内应力，提高抗热震性。
5)在配方中引入适量废废熔融石英硅辊棒颗粒，该颗粒热膨胀系数小，能够降低本制品整体热膨胀系数，提高了抗热震性。
6)废碳化硅板、废熔融石英硅辊棒、废粘土砖的再次利用
用废碳化硅板、废熔融石英棒、废粘土砖制成颗粒后，用作本制品的颗粒料，是工业资源的重复利用，节约了需要消耗大量矿产资源和燃料才能生产的硬质粘土熟料，同时有利于减少CO2排放，保护了生态环境。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以组合、变更或改型均为本发明的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于包括的组分及其所占的质量份数如下：
所述复合无机结合剂为：40％浓度的硫酸铝溶液和42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液两种无机酸性结合剂混合而成；所述两种无机酸性结合剂混合比例为：40％浓度的硫酸铝溶液：42.5％浓度的双氢磷酸铝溶液＝4:6。
2.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述固化剂，为A600铝酸盐水泥。
3.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述的废碳化硅板颗粒，是用作陶瓷窑具的报废碳化硅板，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiC含量≥90％，体积密度≥2.4g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数4.336×10-6，导热系数9-11(W/m·K)。
4.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述废熔融石英棍棒颗粒，是用作陶瓷窑具的报废熔融石英辊棒，回收后经破碎、筛分而成，其化学成分为SiO2含量≥99％，体积密度1.97g/cm3,粒度为＜3mm通料，热膨胀系数0.5-0.9×10-6。
5.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述废粘土砖颗粒，是用作加热炉内衬的报废粘土砖，回收后经破碎、筛分而成，Al2O3含量43.2％，体积密度2.23g/cm3,粒度为＜8mm通料，热膨胀系数5.7×10-6。
6.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述60高铝矾土细粉为GL-60高铝细粉，Al2O3含量60～70％，粒度为＜180目。
7.按照权利要求1所述的循环流化床锅炉风室用高抗热震性涂抹料，其特征在于：所述粘土细粉为软质高岭土，Al2O3含量35～38％，灼减13～15％，粒度为＜180目。
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