CN105036762A - 一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料及制备方法，由以下原料制成：AL2O3，SIO2，漂珠，氧化铝空心球，白泥，硅微粉，三聚磷酸钠，α-氧化铝微粉，红柱式，硅线石，蓝晶石，钾长石。本发明在耐火隔热材料中添加一定比例的红柱石、硅线石、蓝晶石和钾长石，将耐火隔热材料的线变化率提高为正值，使其在1250～1350℃的工作温度下体积发生微膨胀，从而在根源上消除了因耐火隔热材料高温状态体积收缩而造成开裂的弊端。本发明效果明显，喉口部件使用寿命提高近一倍，现场休风率降低约35%。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料及其制备方法，特别是用于高炉送风系统耐火隔热材料及其制备方法。
背景技术
在冶金行业的高炉炼铁设备，耐火隔热材料普遍用在工作温度600℃以上的相关部件中。炼铁高炉送风系统设置在高炉周围，是将热风炉加热的1250～1350℃的热空气送入高炉，送风系统的喉口部件如鹅颈管、弯头、膨胀节、直吹管等结构件其内部设置的耐火隔热材料层长期工作在高温、高压和高流速的恶劣条件下，加之受到自身结构的限制，耐火隔热材料层尺寸较薄，最薄处厚度仅有25mm左右，存有隔热性能欠佳、容易产生裂纹、脱落等问题，这些问题导致送风系统外壁温度高、漏风、使用寿命短等缺陷，这些缺陷长期以来严重制约着炼铁高炉系统的连续作业，造成炼铁高炉休风率居高不下。究其原因，其根源在于普通耐火隔热材料的自身特性---耐火隔热材料线变化率为负值，工作在1250～1350℃的高温状态下体积发生收缩，在急冷急热状态下很容易产生裂纹，裂纹一旦产生又会持续发展，最终造成耐火隔热材料的损坏及脱落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料及制备方法。具有优良抗高温开裂性能和隔热性能的
本发明所称问题是通过以下技术方案解决的：
一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料，它由以下重量份数的原料制成：AL2O375.5-77，SIO219-19.6，漂珠1.0-1.3，氧化铝空心球1.1-1.3，白泥0.92-1.09，硅微粉1.2-1.7，三聚磷酸钠0.38-0.42，α-氧化铝微粉4.2-4.8，红柱式1-3，硅线石1-1.5，蓝晶石2-2.5。
上述用于高炉送风系统的耐火隔热材料，原料中加入钾长石，钾长石添加量为1-1.5。
上述用于高炉送风系统的耐火隔热材料，所述氧化铝空心球的外径为2.2-2.6mm。
一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料的制备方法，制备按下述步骤进行：
a、配料：按照配比称取各原料；
b、混料：将所述原料和原料总重量7-8%的水送入混料装置充分混合均匀；
c、浇筑：混料后必须在20分钟内完成所述耐火隔热材料的浇筑，隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；
d、常温固化：固化温度15-25℃，固化时间20-30分钟；
e、高温固化：常温固化后进入高温固化，固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30-40分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
本发明针对解决现有高炉送风系统的耐火隔热材料易发生高温开裂及隔热性能欠佳的问题进行了改进，提供了一种具有优良抗高温开裂性能和隔热性能的耐火隔热材料。所述耐火隔热材料的主要特点如下：1、通过添加一定比例的红柱石、硅线石、蓝晶石和钾长石，将耐火隔热材料的线变化率提高为正值，使其在1250～1350℃的工作温度下体积发生微膨胀，从而由根源上消除了因耐火隔热材料高温状态体积收缩而造成开裂的弊端；2、提高氧化铝空心球、漂珠等轻质原料的添加比例，降低耐火隔热材料的体积密度和导热系数，从而提高耐火隔热材料的隔热性能。据测定，高炉送风系统工艺管道的外壁温度可由现在的280～350℃，降低到120～150℃。
另外，本发明的耐火隔热材料的体积密度虽然降低了，但是在各配比原料的协同作用下仍具有较高的强度，其耐压强度指标为：110℃×24h＞50Mpa；1250℃×3h＞130Mpa。本发明所述耐火隔热材料用于高炉送风系统，其效果明显，喉口部件使用寿命提高近一倍，现场休风率降低约35%。
具体实施方式
本发明的主要改进体现在所述耐火隔热材料的原料配比上。针对高炉送风系统的耐火隔热材料在高温状态下因体积收缩产生裂纹的问题，本发明在所述耐火隔热材料的原料中加入了一定比例的红柱式、硅线石和蓝晶石。上述“三石”原料在高温下均不可逆的转化莫来石和二氧化硅，并伴有体积膨胀效应。莫来石晶体是铝硅酸盐在高温作用下唯一稳定的形式，是一种不可逆的晶体转化，一经转化，则具有更高的耐火性能，且耐骤冷骤热，机械强度大，抗热冲击力强。“三石”原料为同质多象，晶体结构不同，在高温下转化为莫来石的温度、时间、速度和体积膨胀效应不同，“三石”共用，可充分发挥各自的特点，使耐火隔热材料在一定的使用温度范围内均有未转化的晶体分解所产生的体积膨胀。蓝晶石、红柱石、硅线石转换莫来石的温度依次升高，蓝晶石的转换温度约1200℃，红柱式的转换温度约1400℃，硅线石的转换温度约1500℃，而本发明的耐火隔热材料是工作在1250～1350℃的温度范围，因此如何使“三石”在此温度下发挥最佳效应，是提高耐火隔热材料抗高温开裂的关键所在。为解决此问题，本发明在原料中添加了一定比例的钾长石。钾长石在烧成前能起瘠性原料的作用，减少坯体的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间；在烧成时可降低烧结温度，促进耐火隔热材料的烧结，加速莫来石的形成。本发明按照配比量加入“三石”和钾长石后，可以降低“三石”莫来石化的转变温度，使耐火隔热材料在1250～1350℃的工作温度下体积发生微膨胀，（1250℃时线变化率为0.2-0.3%），有效控制和消除了耐火隔热材料高温状态体积收缩或急冷急热状态下产生裂纹的弊端。
本发明针对解决现有耐火隔热材料隔热性能欠佳的问题，在原料配比中增加了漂珠和氧化铝空心球的比例，所述耐火隔热材料的体积密度g/cm3＜2.30，导热系数W/（m.k）＜0.40。一般情况下耐材的体积密度降低，高温强度也会随之降低。但本发明耐火隔热材料中由于钾长石的促进烧结作用，晶体形态发生了变化，在重结晶过程中生成较大晶粒的莫来石相，提高了所述耐火隔热材料高温强度和热震性，其耐压强度为110℃×24h＞50Mpa，1250℃×3h＞130Mpa。此外，严格控制氧化铝空心球的外径，氧化铝空心球作为球形骨料加入，其外径过大会影响到耐材的抗折强度。
所述耐火隔热材料添加α-氧化铝微粉，可提高耐磨性、高温机械性能和体积稳定性。
所述耐火隔热材料添加硅微粉，可提高抗压、抗折、抗冲击及耐磨性能，硅微粉与三氧化二铝并存时，更易生成莫来石相，使其高温强度，抗热振性增强。
本发明所述耐火隔热材料及制备方法按照下述步骤进行：
a、配料：按照配比称取各原料；
b、混料：将所述原料和原料总重量7-8%的水送入混料装置充分混合均匀；混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S，一次混料质量控制在500公斤内，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于20分钟，确保混料无干料、无团料、湿度均衡。
c、浇筑：混料后必须在20分钟内完成所述耐火隔热材料的浇筑，隔热材料浇筑过程，同时进行振捣，确保各部位浇筑充分，材料流动顺畅，充填到每一结构件的深处，使附着物、气泡充分排出浇筑体外。
d、常温固化：固化温度15-25℃，固化时间20-30分钟；
e、高温固化：固化温度200℃，先在均匀升温至50℃，保温30-40分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
以下提高本发明的具体实施例：
实施例1
按照配比配料：AL2O375.5Kg，SIO219Kg，漂珠1.1Kg，氧化铝空心球1.2Kg，白泥0.92Kg，硅微粉1.2Kg，三聚磷酸钠0.40Kg，α-氧化铝微粉4.5Kg，红柱石1Kg，硅线石1.5Kg，蓝晶石2Kg，钾长石1.1Kg。将各原料和原料总重量7%水送入混料装置充分混合均匀，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于20分钟，混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S；混料后进行耐火隔热材料的浇筑，耐火隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；常温固化：固化温度15℃，固化时间20分钟；高温固化：固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
实施例2
按照配比配料：AL2O376Kg，SIO219.6Kg，漂珠1.2Kg，氧化铝空心球1.1Kg，白泥1Kg，硅微粉1.3Kg，三聚磷酸钠0.38Kg，α-氧化铝微粉4.2Kg，红柱石2Kg，硅线石1Kg，蓝晶石2.5Kg，钾长石1.2Kg。将各原料和原料总重量8%水送入混料装置充分混合均匀，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于30分钟，混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S；混料后进行耐火隔热材料的浇筑，耐火隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；常温固化：固化温度25℃，固化时间30分钟；高温固化：固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却
实施例3
按照配比配料：AL2O377Kg，SIO219.5Kg，漂珠1.3Kg，氧化铝空心球1.3Kg，白泥1.09Kg，硅微粉1.7Kg，三聚磷酸钠0.42Kg，α-氧化铝微粉4.8Kg，红柱石2.5Kg，硅线石1.4Kg，蓝晶石2.3Kg，钾长石1.5Kg。将各原料和原料总重量7%水送入混料装置充分混合均匀，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于25分钟，混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S；混料后进行耐火隔热材料的浇筑，耐火隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；常温固化：固化温度20℃，固化时间30分钟；高温固化：固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
实施例4
按照配比配料：AL2O376.5Kg，SIO219.4Kg，漂珠1.0Kg，氧化铝空心球1.2Kg，白泥0.98Kg，硅微粉1.5Kg，三聚磷酸钠0.41Kg，α-氧化铝微粉4.5Kg，红柱石3Kg，硅线石1.5Kg，蓝晶石2.4Kg，钾长石1Kg。将各原料和原料总重量7%水送入混料装置充分混合均匀，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于20分钟，混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S；混料后进行耐火隔热材料的浇筑，耐火隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；常温固化：固化温度20℃，固化时间25分钟；高温固化：固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
实施例5
按照配比配料：AL2O375.5Kg，SIO219.3Kg，漂珠1.2Kg，氧化铝空心球1.25Kg，白泥0.95Kg，硅微粉1.6Kg，三聚磷酸钠0.39Kg，α-氧化铝微粉4.6Kg，红柱石1.8Kg，硅线石1.3Kg，蓝晶石2.2Kg，钾长石1.4Kg。将各原料和原料总重量7%水送入混料装置充分混合均匀，混料速度不大于150M/S,混料时间不少于20分钟，混料搅拌时振捣频率为3300HZ/S；混料后进行耐火隔热材料的浇筑，耐火隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；常温固化：固化温度18℃，固化时间27分钟；高温固化：固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
Claims (4)
1.一种用于高炉送风系统的耐火隔热材料，其特征在于，它由以下重量份数的原料制成：AL2O375.5-77，SIO219-19.6，漂珠1.0-1.3，氧化铝空心球1.1-1.3，白泥0.92-1.09，硅微粉1.2-1.7，三聚磷酸钠0.38-0.42，α-氧化铝微粉4.2-4.8，红柱式1-3，硅线石1-1.5，蓝晶石2-2.5。
2.根据权利要求1所述的用于高炉送风系统的耐火隔热材料，其特征在于，原料中加入钾长石，钾长石添加量为1-1.5。
3.根据权利要求2所述的用于高炉送风系统的耐火隔热材料，其特征在于，所述氧化铝空心球的外径为2.2-2.6mm。
4.一种制备如权利要求1-3所述用于高炉送风系统的耐火隔热材料的方法，其特征在于：制备按照下述步骤进行：
a、配料：按照配比称取各原料；
b、混料：将所述原料和原料总重量7-8%的水送入混料装置充分混合均匀；
c、浇筑：混料后必须在20分钟内完成所述耐火隔热材料的浇筑，隔热材料浇筑过程，同时进行振捣；
d、常温固化：固化温度15-25℃，固化时间20-30分钟；
e、高温固化：常温固化后进入高温固化，固化温度200℃，先均匀升温至50℃，保温30-40分钟，然后经24小时均匀升温至200℃，在该温度下保温24小时，最后经3小时降至100℃后自然冷却。
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