CN105347817A - 一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料及其施工成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，其含有粒度为5～3mm的电熔棕刚玉颗粒30%、粒度为3～1mm的锆刚玉颗粒15%、粒度为1～0.2mm的碳化硅颗粒10%、粒度为1～0.1mm的烧结刚玉颗粒10%、10～20%复合陶瓷纳米粉体、5～30%的铝酸盐水泥、1～5%复合型抗爆剂、0.25%复合减水剂和5～8%的工业软化水，复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、乳酸铝、金属铝或不锈钢纤维中的两种或两种以上，复合减水剂为聚磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、腐植酸钠或水玻璃中的两种或两种以上。本发明用在高炉炉顶煤气封板、旋风除尘器、高炉水渣系统的粒化塔水渣沟、烧结机风箱、烧结机烟气循环管道、烧结机除尘管道等部位，耐磨损、耐高温、抗腐蚀、抗热震稳定性好。

Description

一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料及其施工成型方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨材料，特别是涉及一种用于高炉炉顶煤气封板、旋风除尘器、高炉水渣系统的粒化塔水渣沟、烧结机风箱、烧结机烟气循环管道、烧结机除尘管道等部位的防腐抗热震陶瓷耐磨材料及其施工成型方法。
背景技术：
烧结机烟气循环管道和冷却风箱因长期处于高温、高负压、高流速烧结烟气等氛围，烟气成分比较复杂，波动性较大，烟气量较大，二氧化硫浓度、流量和温度变化也较大。管道内壁长期承受10～15m/s以上风速，连同台车上散落下的烧结矿粉、粒的共同冲刷，以及碱性气体S、P、N、C等酸性介质的侵蚀。为满足烧结烟气循环工艺对烧结烟气循环管道(含支管)的耐磨损、抗腐蚀的要求，必须要求管道内部进行防磨损、防腐蚀处理，防止内部热量的流失浪费，充分再次利用烟气热能。
炼铁高炉旋风除尘器（重力除尘器）的炉顶煤气封板部位也是长期处于高温、高负压、高流速高炉煤气的净化利用，且高炉煤气中含SO--2、NOx、H---2O等多种腐蚀性物质及高浓度的粉尘，工作环境更加恶劣。
高炉水渣系统的粒化塔（池）水渣沟部位，1300℃～1600℃的熔渣经粒化头高压水(2500m3/h)粒化后成100℃水渣混合物经粒化塔入口冲至粒化塔内部（水渣含弱碱性），渣水混合物经粒化塔出口流出粒化塔。以2000-3200m3粒化塔内环境及高炉出渣情况为例，详情见下表：
项目 单位 数值
日产水渣量 t/ d 2450
一天出渣次数 次 10～12
平均出渣持续时间 h 1～2
渣流量 t/min 平均2，最大8
年工作天数 天 350
熔渣温度 ℃ 1300～1500
粒化水流量 m3/h 2500
上述这些部位均要求在整体耐磨层工程施工完成后，需保证耐磨、耐高温、抗腐蚀的性能，否则会影响整体的使用性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于高炉炉顶煤气封板、旋风除尘器、高炉水渣系统的粒化塔水渣沟、烧结机风箱、烧结机烟气循环管道、烧结机除尘管道等部位的防腐抗热震陶瓷耐磨材料及其施工成型方法，耐磨损、耐高温、抗腐蚀、抗热震稳定性好。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um10～20%
铝酸盐水泥5～30%
复合型抗爆剂1～5%
复合减水剂0.25%
工业软化水5～8%。
所述的复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、乳酸铝、金属铝或不锈钢纤维中的两种或两种以上。
所述的复合减水剂为聚磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、腐植酸钠或水玻璃中的两种或两种以上。
所述的防腐抗热震陶瓷耐磨材料的施工成型方法，其具体成型步骤如下：
①将施工体表面清洗干净，去掉浮灰和油污，再用20%的氢氧化钠溶液对表面冲洗一次，然后用干净的自来水冲洗两次晾干后备用；
②在干燥的施工体表面铺设焊接6～8mm的钢筋，间距控制在60～100mm，然后在钢筋上铺设菱形钢网，要求焊接牢固，铺设平整，不能出现凹凸不平，峰差小于2mm，使用V型铆钉，并在表面涂0.8～1mm的沥青漆；
③按照权利要求1所述的配料比例混料，工业软化水除外，混料采用强力搅拌机混合均匀；加入2～3%的工业软化水搅拌预混，不能出现团聚，以免影响性能；再加入剩余水分，严格控制加水量，使pH=6～7；
④混合后的涂料采用人工涂抹、浇注或喷涂的方式覆盖在施工体表面，厚度控制在20～300mm，施工后用钢抹刀在表面压抹平滑光洁；
⑤施工体温度控制在15℃～25℃，自然养护时间72h后即可投入使用。
本发明在高炉炉顶煤气封板、旋风除尘器、高炉水渣系统的粒化塔水渣沟、烧结机风箱、烧结机烟气循环管道、烧结机除尘管道等部位使用，其技术指标如下：
Al2O3≥70%
体积密度≥2.9g/cm3
抗折强度110℃×24h≥14MPa
耐压强度110℃×24h≥120MPa
耐磨值110℃×24h（冲砂）≤4.0cm3。
本发明的应用实例：
1、唐山某钢铁公司2000m3、3200m3高炉水渣系统，宁波某钢铁公司2560m3高炉水渣系统，水渣沟耐磨内衬及粒化塔原有的铸铁衬板和水渣槽下部耐磨衬板使用周期约6个月后就要更换。使用本发明的防腐抗热震陶瓷耐磨材料来取代原有的耐热耐磨料衬板，使用寿命均达到5年以上，每年累计节约成本和间接带来的经济效益已达数百万，经济价值可观。
2、武汉某钢铁公司3200m3高炉旋风除尘器耐磨内衬，原来一直使用国外进口的耐磨材料，使用周期约2年后就要更换。使用本发明的防腐抗热震陶瓷耐磨材料来取代原有的耐热耐磨材料，已经使用5年以上，再也不用看外国人的脸色，每年累计节约成本和间接带来的经济效益已达数百万。
3、宁波某公司430m2烧结机，为满足烧结机烟气循环工艺对烧结烟气循环管道(含支管)的耐磨损、抗腐蚀的要求，必须要求管道内部进行防磨损、防腐蚀处理，防止内部热量的流失浪费，充分利用烟气余热发电。通过考察日本等国外相关企业的技术，最后采用本发明的防腐抗热震陶瓷耐磨材料，做成40mm厚的耐热耐磨衬体，现已经使用5年以上，累计节约成本和间接带来的经济效益已达数百万。
4、本发明的的防腐抗热震陶瓷耐磨材料，与市面上的耐磨钢、耐磨陶瓷片的性能比较实验如下：
实验条件及过程：实验参照ASTMC704-2001标准；
时间：7.5min±15秒；
介质：36#金刚砂1000g；
风压；448kpa；
喷口到样块的距离：230mm；
喷口和样块的角度：90°；
该实验比较了本发明陶瓷耐磨材料和65Mn、16Mn耐磨钢、耐磨陶瓷片在不同温度下的冲蚀体积如下：（单位cm3/min）
根据实验数据可知：本发明的防腐抗热震陶瓷耐磨材料的耐磨性能是16Mn钢的16倍、65Mn钢的12倍、耐火浇注料的54倍，由于行业设备使用的环境复杂，粉尘高速冲刷相互摩擦产生很多热量，所以使用温度大多在100～600℃之内，原料烧结和熟料输送系统的温度更高，这时候本发明的陶瓷耐磨材料的优越性就充分表现了出来，根据实验数据可知随着使用温度的提高本发明的耐磨变化很小，而耐磨钢、陶瓷粘贴片的耐磨性却成倍的降低。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：
实施例1：一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um15%
铝酸盐水泥10%
复合型抗爆剂3%
复合减水剂0.25%
工业软化水6.75%。
所述复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维和乳酸铝这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1:1。
所述复合减水剂为聚磷酸钠和腐植酸钠这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为2:1。
上面所述防腐抗热震陶瓷耐磨材料的施工成型方法，其具体成型步骤如下：
①将施工体表面清洗干净，去掉浮灰和油污，再用20%的氢氧化钠溶液对表面冲洗一次，然后用干净的自来水冲洗两次晾干后备用；
②在干燥的施工体表面铺设焊接6～8mm的钢筋，间距控制在60～100mm，然后在钢筋上铺设菱形钢网，要求焊接牢固，铺设平整，不能出现凹凸不平，峰差小于2mm，使用V型铆钉，并在表面涂0.8～1mm的沥青漆；
③按照权利要求1所述的配料比例混料，工业软化水除外，混料采用强力搅拌机混合均匀；加入2～3%的工业软化水搅拌预混，不能出现团聚，以免影响性能；再加入剩余水分，严格控制加水量，使pH=6～7；
④混合后的涂料采用人工涂抹、浇注或喷涂的方式覆盖在施工体表面，厚度控制在20～300mm，施工后用钢抹刀在表面压抹平滑光洁；
⑤施工体温度控制在15℃～25℃，自然养护时间72h后即可投入使用。
实施例2：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um10%，
铝酸盐水泥18%
复合型抗爆剂1%
复合减水剂0.25%
工业软化水5.75%。
所述的复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维和金属铝这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1:1.5。
所述复合减水剂为聚磷酸钠和水玻璃这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1:1.5。
实施例3：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um20%
铝酸盐水泥5%
复合型抗爆剂4.75%
复合减水剂0.25%
工业软化水5%。
所述的复合型抗爆剂为乳酸铝和不锈钢纤维这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1:2。
所述复合减水剂为三聚磷酸钠和水玻璃这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1.5:1。
实施例4：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um14%
铝酸盐水泥12%
复合型抗爆剂1.75%
复合减水剂0.25%
工业软化水7%。
所述的复合型抗爆剂为金属铝或不锈钢纤维这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为1:2。
所述复合减水剂为三聚磷酸钠和腐植酸钠这两种物质的混合物，二者的混配重量比例为5:2。
实施例5：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um15%
铝酸盐水泥10%
复合型抗爆剂2.75%
复合减水剂0.25%
工业软化水8%。
所述的复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、乳酸铝和不锈钢纤维中这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为1：2：2。
所述复合减水剂为聚磷酸钠、六偏磷酸钠和水玻璃中这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为2：1：2。
实施例6：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um12%
铝酸盐水泥13%
复合型抗爆剂2.75%
复合减水剂0.25%
工业软化水7%。
所述复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、金属铝和不锈钢纤维这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为1：2：1。
所述复合减水剂为聚磷酸钠、三聚磷酸钠和水玻璃这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为2：1：1。
实施例7：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um18%
铝酸盐水泥8%
复合型抗爆剂1.75%
复合减水剂0.25%
工业软化水7%。
所述的复合型抗爆剂为乳酸铝、金属铝和不锈钢纤维这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为1：1：3。
所述复合减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和水玻璃这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为3：2：4。
实施例8：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um13%
铝酸盐水泥12%
复合型抗爆剂5%
复合减水剂0.25%
工业软化水4.75%。
所述复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、乳酸铝和金属铝这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为3：1：1。
所述复合减水剂为聚磷酸钠、六偏磷酸钠和腐植酸钠这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为1：1.5：2。
实施例9：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um11%
铝酸盐水泥12.75%
复合型抗爆剂3%
复合减水剂0.25%
工业软化水8%。
所述复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、金属铝和不锈钢纤维这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为2：2：1。
所述复合减水剂为六偏磷酸钠、腐植酸钠和水玻璃这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为2：3：2。
实施例10：本实施例的施工成型方法与实施例1基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：
一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um13.75%
铝酸盐水泥10%
复合型抗爆剂4%
复合减水剂0.25%
工业软化水7%。
所述复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、金属铝和不锈钢纤维这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为1：3：1。
所述复合减水剂为三聚磷酸钠、腐植酸钠或水玻璃这三种物质的混合物，三者的混配重量比例为3：1.5：1.5。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (4)

1.一种防腐抗热震陶瓷耐磨材料，其特征在于，所述防腐抗热震陶瓷耐磨材料含有如下原料组分：
原料粒度分布重量百分比
电熔棕刚玉颗粒5～3mm30%
锆刚玉颗粒3～1mm15%
碳化硅颗粒1～0.2mm10%
烧结刚玉颗粒1～0.1mm10%
复合陶瓷纳米粉体＜2um10～20%
铝酸盐水泥5～30%
复合型抗爆剂1～5%
复合减水剂0.25%
工业软化水5～8%。
2.根据权利要求1所述的防腐抗热震陶瓷耐磨材料，其特征在于：所述的复合型抗爆剂为水溶性防爆纤维、乳酸铝、金属铝或不锈钢纤维中的两种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的防腐抗热震陶瓷耐磨材料，其特征在于：所述的复合减水剂为聚磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、腐植酸钠或水玻璃中的两种或两种以上。
4.权利要求1所述防腐抗热震陶瓷耐磨材料的施工成型方法，其具体成型步骤如下：
①将施工体表面清洗干净，去掉浮灰和油污，再用20%的氢氧化钠溶液对表面冲洗一次，然后用干净的自来水冲洗两次晾干后备用；
②在干燥的施工体表面铺设焊接6～8mm的钢筋，间距控制在60～100mm，然后在钢筋上铺设菱形钢网，要求焊接牢固，铺设平整，不能出现凹凸不平，峰差小于2mm，使用V型铆钉，并在表面涂0.8～1mm的沥青漆；
③按照权利要求1所述的配料比例混料，工业软化水除外，混料采用强力搅拌机混合均匀；加入2～3%的工业软化水搅拌预混，不能出现团聚，以免影响性能；再加入剩余水分，严格控制加水量，使pH=6～7；
④混合后的涂料采用人工涂抹、浇注或喷涂的方式覆盖在施工体表面，厚度控制在20～300mm，施工后用钢抹刀在表面压抹平滑光洁；
⑤施工体温度控制在15℃～25℃，自然养护时间72h后即可投入使用。
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