CN104496503B

CN104496503B - 一种快速修补耐火材料及其制备与使用方法

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Publication number: CN104496503B
Application number: CN201410849625.5A
Authority: CN
Inventors: 张海波; 张康康; 李燕京; 李平; 冯运生
Original assignee: Beijing Jinyu Limited-Liability Co; BEIJING TONGDA GREEN AND HIGH TEMPERATURE NEW MATERIAL ENGINEERING RESEARCH CENTER Co Ltd; TONGDA REFRACTORY TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: Beijing Jinyu Group Co ltd; Beijing Jinyu Tongda Refractory Technology Co ltd; Beijing Tongda Green High Temperature New Material Engineering Research Center Co ltd
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: CN104496503A

Abstract

一种快速修补耐火材料及其制备与使用方法，属于耐火材料技术领域。耐火材料包括：棕刚玉22—78wt％、SiC12—42wt％、α‑Al₂O₃微粉6—9wt％、二氧化硅微粉1—2wt％、金属硅粉1—4wt％、粘土0—3wt％、磷酸溶液3—5wt％、镁砂2—4wt％、镁铝尖晶石3—8wt％、固体磷酸二氢铝为料4—6wt％。优点在于，满足强度高、耐碱、耐磨、热震稳定性好以及快速硬化的要求，丰富了耐火材料的材质体系。

Description

一种快速修补耐火材料及其制备与使用方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种快速修补耐火材料及其制备与使用方法。

背景技术

自20世纪90年代，我国在利用水泥窑协同处置废弃物上开始了积极的尝试，但是由于废弃物特性不明确，处理工艺和关键技术不成熟，企业运行管理经验不足等因素使得产业发展还处于起步阶段，水泥窑协同处理固废方式面临好技术难以推行瓶颈。这其中包括水泥窑协同处置配套用耐火材料的使用稳定性降低，寿命下降的问题。由于固废焚烧时产生的气体(如HCl、SO₂、Cl₂、CO及碱金属气体等)对耐火材料的侵蚀性较强，同时固废在高温移动中对水泥窑炉某些部位(如分解炉、篦冷机、窑门罩、窑口及喷煤管等)的磨损和热冲击较大，工作衬耐火材料损毁相对较严重。这些部位的耐火材料的使用寿命往往不能满足水泥窑正常的检修周期要求，有时需要停窑进行耐火材料抢修。

早期耐火材料修补常使用耐火可塑料，存在常温强度较低，人工捣固，劳动强度大，施工效率低，不能满足大型工程项目对工程进度的要求等，此外，该类产品的生产工艺也相对较为复杂，产品的贮存期也相对短。低水泥耐火浇注料在80年代后期在各种类型的窑炉上应用。然而，由于低水泥浇注料的砌筑体气孔率很低，导致在烘烤过程中，水分排除非常困难，容易发生浇注料爆裂，要求有足够的烘炉时间，严格按照烘炉曲线执行。

近年来，不定形耐火材料已由普通修炉料或补炉料发展到高功能型结构材料，不仅要求浇注施工，而且还能人工捣打施工，施工完毕后可以立即点火，不必进行特殊的养护等。同时，水泥窑协同处置固废的关键部位也对耐火材料的耐碱侵蚀性、抗剥落性、体积稳定性等提出了更高的要求。

根据修补的要求快速修补料要能够满足“浇注施工和捣打施工”的双重功能，在加水搅拌后具有一定的可塑性，不需支模，满足捣打或涂抹施工条件。通过控制加水量和添加增塑剂，既要保证材料在加水量少时有很好的塑性，还要保证材料粘度不太大，在加水量增加时有良好的流动性能。此外，由于修补料的双重施工特性，在材料的施工过程中，需要有强制振动才能使之充填致密，保证其良好的结构强度。

本发明根据憎水性胶体的安定性理论，通过合理的颗粒级配、胶结剂、超细微粉以及外加剂，可通过现场控制加水量调节该修补料的施工性能，实现了产品具有“可塑性或振动浇注”双重施工特性，并具有硬化速度快、免烘烤、无需支模等特点。修补料的结合体系可以看作是一种憎水性胶体。根据憎水性胶体的安定性理论，在这种憎水性胶体中，作为分散相的胶体粒子，一方面受到范德华分子引力的作用而使粒子有自动趋向凝聚的倾向；另一方面又受到其周围水分子膜上形成的扩散双电层的电性斥力作用，而使粒子趋于分散。要保持修补料的分散稳定性，通常通过加入分散剂，使胶凝状态的粒子颗粒周围形成扩散双电层，使颗粒带上相同的电性，相互之间产生电性斥力而分散。增加水量使扩散层厚度增加，颗粒相撞时的距离增加，相互间的吸引力变小。颗粒间排斥力与吸引力的合力由引力为主变为以斥力为主，颗粒就能从胶体凝聚状态进行分散。同样对于粘土、硅灰和氧化铝微粉等憎水性胶粒，增加水量也可以对其进行分散作用。同时，在棕刚玉-碳化硅为主材质修补料体系中添加碱性氧化物，尖晶石以及金属硅，高温下在材料表面形成复合相的陶瓷材料，使修补材料具有耐磨性好、耐碱侵蚀的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速修补耐火材料及其制备与使用方法，解决了修补料同时满足“浇注施工和捣打施工”的双重施工方式问题。还改善了修补料的强度、耐碱性、耐磨性和热震稳定性，并解决水泥窑协同处置固废技术中耐火材料寿命较短的问题。

一种快速修补耐火材料，选用的主要原料有棕刚玉、SiC、α-Al₂O₃微粉、金属硅、镁铝尖晶石和镁砂等，以固体磷酸二氢铝为结合剂，加水搅拌，修补料呈现胶凝团聚状态，具有一定的可塑性，随加水量的增加，修补料逐渐分散，可具有流动性，随着长时间的放置又从不稳定的分散状态向更为稳定的凝结状态转变而失去流动性，逐渐硬化。高温下该材料的抗碱、耐磨性能优异，是适合水泥窑协同处置生活垃圾和危废物等工况下使用的新型耐火材料，并且适应水泥窑关键部位的使用。

一种快速修补耐火材料，以质量百分比计，包括的原料组分如下：1mm＜粒径≤8mm的棕刚玉10％—40％，0mm＜粒径≤1mm的棕刚玉12％—38％，1mm＜粒径≤3mm的SiC0％—13％，0mm＜粒径≤1mm的SiC 12％—23％，0μm＜粒径≤5μm的SiC微粉0％—3％，0μm＜粒径≤10μm的α-Al₂O₃微粉6％—9％，0μm＜粒径≤10μm的二氧化硅微粉1％—2％，粒径在200目的金属硅粉1％—4％，粒径在200目的粘土0％—3％，浓度为42.5％的磷酸溶液3％—5％，60目＜粒径≤180目的镁砂2％—4％，粒径在180目的镁铝尖晶石3％—8％，固体磷酸二氢铝4％—6％。

上述所有原料的质量百分比之和为100％。

1mm＜粒径≤8mm的棕刚玉的最大粒径可为3mm或者5mm，最小粒径可为3mm，粒径范围必须连续分布。当1mm＜粒径≤8mm的棕刚玉的最小粒径为3mm时，1mm＜粒径≤3mm的SiC的组分为6—13wt％。

0mm＜粒径≤1mm的棕刚玉中粒径在180目的组分不少于7wt％。

0mm＜粒径≤1mm的SiC中粒径在200目的组分为2—5wt％。

一种快速修补耐火材料的制备方法，具体工艺步骤如下：

1、按配方量将不同粒度的棕刚玉22—78wt％、SiC12—42wt％、α-Al₂O₃微粉6—9wt％、二氧化硅微粉1—2wt％、金属硅粉1—4wt％、粘土0—3wt％、磷酸溶液3—5wt％在混料机中混合均匀，形成混合料A装入聚丙烯塑料袋；

2、镁砂和镁铝尖晶石混合形成料B单独包装；镁砂的粒径在60目－180目，加入2—4wt％，镁铝尖晶石的粒径在180目，加入3—8wt％。

3、固体磷酸二氢铝为料C，加入4—6wt％，单独包装；

4、将料B、料C分别用聚丙烯塑料袋密封包装后再装入料A袋中密封形成成品。

一种快速修补耐火材料的使用方法，具体步骤如下：

1、施工时，将包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混和均匀，采用捣打法施工加水量控制在总重量的2.5％～3％以内，采用振动浇注成型时加水量控制在总重量的5.5％～6％以内即可。

2、成型施工后自然养护2小时以上即可投入使用。

本发明的优点在于：能够针对不同窑炉的工况条件、不同部位，满足强度高、耐碱、耐磨、热震稳定性好以及快速硬化的要求，解决水泥窑协同处置固废技术中耐火材料寿命较短的问题，对于促进和推广水泥窑协同处置技术在我国的应用起到重要作用。新型快速修补材料体系在传统水泥窑用铝硅系不定形耐火材料中引入了碱性氧化物和合成尖晶石以及金属硅，丰富了耐火材料的材质体系，使二三元相传统耐火材料向无机多元相复合材料发展。

具体实施方式

实施例1

一种快速修补耐火材料，以质量百分比计，成分如下：

施工时，将上述配方物料按照生产工艺配制成产品，产品包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混合搅拌两分钟，混和均匀后加水，加水量在配方物料总重量的2.8％，继续搅拌3分钟至5分钟，捣打法成型制备试样1；按照相同方法，加水量在配方物料总重量的5.8％，振动浇注法成型制备试样2，测试其性能指标。

表1试样1性能指标

表2试样2性能指标

实施例2

一种快速修补耐火材料，以质量百分比计，成分如下：

施工时，将上述实例Ⅱ配方物料按照生产工艺配制成产品，产品包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混合搅拌2分钟，混和均匀后加水，加水量在配方物料总重量的3％，继续搅拌3分钟，捣打法成型制备试样3；按照相同方法，加水量在配方物料总重量的6％，振动浇注法成型制备试样4，测试其性能指标。

表3试样3性能指标

表4试样4性能指标

Claims

1.一种快速修补耐火材料，其特征在于，以质量百分比计，由以下百分含量的原料组成：1mm＜粒径≤8mm的棕刚玉10％—40％，0mm＜粒径≤1mm的棕刚玉12％—38％，1mm＜粒径≤3mm的SiC为0％—13％，0mm＜粒径≤1mm的SiC为12％—23％，0μm＜粒径≤5μm的SiC微粉0％—3％，0μm＜粒径≤10μm的α-Al₂O₃微粉6％—9％，0μm＜粒径≤10μm的二氧化硅微粉1％—2％，粒径在200目的金属硅粉1％—4％，粒径在200目的粘土0％—3％，浓度为42.5％的磷酸溶液3％—5％，60目＜粒径≤180目的镁砂2％—4％，粒径在180目的镁铝尖晶石3％—8％，固体磷酸二氢铝4％—6％。

2.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述的1mm＜粒径≤8mm的棕刚玉的最小粒径为3mm时，1mm＜粒径≤3mm的SiC的组分为6—13wt％。

3.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述的0mm＜粒径≤1mm的棕刚玉中粒径在180目的组分不少于7wt％。

4.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述的0mm＜粒径≤1mm的SiC中粒径在200目的组分为2—5wt％。

5.一种权利要求1所述耐火材料的制备方法，具体工艺步骤如下：

1)按配方量将不同粒度的棕刚玉22—78wt％、SiC12—42wt％、α-Al₂O₃微粉6—9wt％、二氧化硅微粉1—2wt％、金属硅粉1—4wt％、粘土0—3wt％、磷酸溶液3—5wt％在混料机中混合均匀，形成混合料A装入聚丙烯塑料袋；

2)镁砂和镁铝尖晶石混合形成料B单独包装；镁砂的粒径在60目－180目，加入2—4wt％，镁铝尖晶石的粒径在180目，加入3—8wt％；

3)固体磷酸二氢铝为料C，加入4—6wt％，单独包装；

4)将料B、料C分别用聚丙烯塑料袋密封包装后再装入料A袋中密封形成成品。

6.一种权利要求1所述耐火材料的使用方法，具体步骤如下：

1)施工时，将包装中的各袋料倒入强制式搅拌机中混和均匀，采用捣打法施工加水量控制在总重量的2.5％～3％以内，采用振动浇注成型时加水量控制在总重量的5.5％～6％以内；

2)成型施工后自然养护2小时以上投入使用。