CN106966740A - 垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法 - Google Patents

垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。其技术方案是：以40~60wt%的六铝酸钙、35~55%的碳化硅、1~8wt%的炭黑、0.5~4wt%的单质硅粉和0.5~6wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料。然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。本发明制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料具有中高温力学性能优异、热导率高、耐气体腐蚀、热震稳定性能好、使用寿命长和节能环保的特点。

Description

垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于六铝酸钙/碳化硅浇注料技术领域。具体涉及一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。
背景技术
目前，我国固体垃圾污染十分严重，垃圾焚烧炉需要处理的垃圾量显著增长。然而缺乏合适的耐火材料限制了高温垃圾焚烧炉的使用寿命，严重影响了垃圾处理效率。垃圾焚烧炉用耐火材料面临熔渣侵蚀、高温气体（HCl、H2O、CO等）冲刷腐蚀、热应力剥落等问题，服役条件苛刻，对耐火材料提出了严格的要求。
含铬材料一直被认为是一种性能优良的垃圾焚烧炉用耐火材料。但是，含铬材料在高温氧化气氛条件下与碱反应生成含有剧毒Cr6+化合物，致癌，并对环境造成严重污染，故无铬化是垃圾焚烧炉衬材料重要发展方向。镁铝尖晶石亦被用来取代含铬材料，然而其抗渣侵蚀性不如含铬材料，在温度高、使用条件苛刻部位不能满足使用要求。SiC具有高熔点、高硬度、高热导率以及良好的抗渣侵蚀性能，被广泛用于钢铁冶炼、有色冶金、垃圾焚烧、陶瓷工业等领域。和其他非氧化物材料一样，SiC材料高温下易于氧化，这是SiC致命的弱点。SiC材料在垃圾焚烧炉中长时间服役会被氧化，氧化后将在SiC表面形成致密氧化物SiO2，阻碍进一步氧化。然而，垃圾焚烧产生的气体高温下会严重腐蚀氧化物，破坏SiC材料的致密结构。高温条件下，H2O(g)将与SiC氧化层的SiO2反应形成水合物(Si-O-H)，导致材料骨料与基质之间出现间隙，从而加速气体的渗透。垃圾焚烧炉工作温度高，气体将严重腐蚀氧化产物，加速材料的损毁。
研究人员在SiC表面添加B2O3涂层以提高SiC抗氧化性，高温条件下，熔融后的B2O3会产生流动性，填充气孔，阻止O2扩散，提高抗氧化性，然而，当温度高于1100℃时，B2O3挥发严重，不能起到抗氧化的作用。“一种高温垃圾焚烧炉用浇注料及其制备方法”（CN201510721132.8）在SiC浇注料中引入硝酸铁，经过还原得到Fe，以Fe作为抗氧化剂，提高垃圾焚烧炉用SiC浇注料的抗氧化性。然而Fe的引入增加了耐火材料杂质，对材料的高温性能不利。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，用该方法制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料中高温力学性能优异、热导率高、抗氧化能力强、热震稳定性能好、使用寿命长和节能环保。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以40~60wt%的六铝酸钙、35~55%的碳化硅、1~8wt%的炭黑、0.5~4wt%的单质硅粉和0.5~6wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
所述六铝酸钙的Al2O3含量≥89wt%，CaO含量≥8wt%；所述六铝酸钙的颗粒级配是：粒径小于6mm且大于等于3mm占六铝酸钙的30~40wt%，粒径小于3mm大于等于1mm占六铝酸钙的60~70wt%。
所述碳化硅的SiC含量≥98wt%；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于1mm且大于等于0.088mm占碳化硅的40~60wt%，粒径小于0.088mm占碳化硅的20~30wt%，粒径小于0.044mm占碳化硅的20~30wt%。
所述炭黑的C含量≥99wt%，炭黑的粒径≤38μm。
所述单质硅粉的Si含量≥97wt%，单质硅粉的粒径≤38μm。
所述硅微粉的SiO2含量≥92wt%，硅微粉的粒径≤0.6μm。
所述硅溶胶的SiO2含量为25~30wt%，pH值为9~11。
所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用的六铝酸钙是近年来开发出的一种新型耐火原料，具有板片状结晶、熔点高、抗渣侵蚀性好和高温力学性能优良的特点。不同于其他铝钙化合物，六铝酸钙不与水反应，且其高温化学性质稳定，抗氧化还原性气体腐蚀能力强。以六铝酸钙颗粒为骨料，能显著提高耐火材料抗垃圾焚烧炉复杂气体腐蚀性能，增强骨架稳定性。垃圾焚烧炉熔渣易于从基质开始侵蚀耐火材料，碳化硅不易与渣润湿，抗渣侵蚀性强，以碳化硅细粉为基质，能够显著提高耐火材料抗渣侵蚀性。同时，碳化硅高温下氧化形成SiO2玻璃相，会使材料高温性能下降，引入六铝酸钙可以吸收SiO2玻璃相，原位反应形成钙长石矿物，钙长石熔点较高，且此过程伴随着一定的体积膨胀，有助于堵塞气孔，减弱O2扩散，提高材料抗氧化性能。另外，SiC热导率大，能增强材料抗热应力损毁能力。以六铝酸钙颗粒为骨料，以碳化硅细粉为基质，利用六铝酸钙抗气体腐蚀性、碳化硅高热导率与强抗渣侵蚀性的特点，制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料耐气体腐蚀和高温力学性能优良。
本发明所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料经振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为30~38MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为125~155MPa。
因此，本发明制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料具有中高温力学性能优异、热导率高、耐气体腐蚀、热震稳定性能好、使用寿命长和节能环保的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述六铝酸钙的Al2O3含量≥89wt%，CaO含量≥8wt%；所述六铝酸钙的颗粒级配是：粒径小于6mm且大于等于3mm占六铝酸钙的30~40wt%，粒径小于3mm大于等于1mm占六铝酸钙的60~70wt%。
所述碳化硅的SiC含量≥98wt%；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于1mm且大于等于0.088mm占碳化硅的40~60wt%，粒径小于0.088mm占碳化硅的20~30wt%，粒径小于0.044mm占碳化硅的20~30wt%。
所述炭黑的C含量≥99wt%，炭黑的粒径≤38μm。
所述单质硅粉的Si含量≥97wt%，单质硅粉的粒径≤38μm。
所述硅微粉的SiO2含量≥92wt%，硅微粉的粒径≤0.6μm。
所述硅溶胶的SiO2含量为25~30wt%，pH值为9~11。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以40~48wt%的六铝酸钙、47~55%的碳化硅、2.5~8wt%的炭黑、2~4wt%的单质硅粉和0.5~3wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
所述减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料经振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为32~36MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为130~150MPa。
实施例2
一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以44~52wt%的六铝酸钙、43~51%的碳化硅、2~7.5wt%的炭黑、1.5~3.5wt%的单质硅粉和1.5~4wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
所述减水剂为四聚磷酸钠。
本实施例所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料经振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为34~38MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为135~155MPa。
实施例3
一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以48~56wt%的六铝酸钙、39~47%的碳化硅、1~6.5wt%的炭黑、0.5~2.5wt%的单质硅粉和3.5~6wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
所述减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料经振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为30~34MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为125~145MPa。
实施例4
一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以52~60wt%的六铝酸钙、35~43%的碳化硅、1.5~7wt%的炭黑、1~3wt%的单质硅粉和2.5~5wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠中任两种的混合物。
本实施例所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为31~35MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为125~140MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式采用的六铝酸钙是近年来开发出的一种新型耐火原料，具有板片状结晶、熔点高、抗渣侵蚀性好和高温力学性能优良的特点。不同于其他铝钙化合物，六铝酸钙不与水反应，且其高温化学性质稳定，抗氧化还原性气体腐蚀能力强。以六铝酸钙颗粒为骨料，能显著提高耐火材料抗垃圾焚烧炉复杂气体腐蚀性能，增强骨架稳定性。垃圾焚烧炉熔渣易于从基质开始侵蚀耐火材料，碳化硅不易与渣润湿，抗渣侵蚀性强，以碳化硅细粉为基质，能够显著提高耐火材料抗渣侵蚀性。同时，碳化硅高温下氧化形成SiO2玻璃相，会使材料高温性能下降，引入六铝酸钙可以吸收SiO2玻璃相，原位反应形成钙长石矿物，钙长石熔点较高，且此过程伴随着一定的体积膨胀，有助于堵塞气孔，减弱O2扩散，提高材料抗氧化性能。另外，SiC热导率大，能增强材料抗热应力损毁能力。以六铝酸钙颗粒为骨料，以碳化硅细粉为基质，利用六铝酸钙抗气体腐蚀性、碳化硅高热导率与强抗渣侵蚀性的特点，制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料耐气体腐蚀和高温力学性能优良。
本具体实施方式所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料经振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模，100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：1200℃×5h烧后抗折强度为30~38MPa；1200℃×5h烧后耐压强度为125~155MPa。
因此，本具体实施方式制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料具有中高温力学性能优异、热导率高、耐气体腐蚀、热震稳定性能好、使用寿命长和节能环保的特点。

Claims (9)

1.一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于以40~60wt%的六铝酸钙、35~55%的碳化硅、1~8wt%的炭黑、0.5~4wt%的单质硅粉和0.5~6wt%的硅微粉为原料，外加占所述原料0.1~0.3wt%的减水剂，混合均匀，得到预混料；然后将所述预混料与占所述原料5~15wt%的硅溶胶混合，搅拌均匀，制得垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述六铝酸钙的Al2O3含量≥89wt%，CaO含量≥8wt%；所述六铝酸钙的颗粒级配是：粒径小于6mm且大于等于3mm占六铝酸钙的30~40wt%，粒径小于3mm大于等于1mm占六铝酸钙的60~70wt%。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述碳化硅的SiC含量≥98wt%；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于1mm且大于等于0.088mm占碳化硅的40~60wt%，粒径小于0.088mm占碳化硅的20~30wt%，粒径小于0.044mm占碳化硅的20~30wt%。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述炭黑的C含量≥99wt%，炭黑的粒径≤38μm。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述单质硅粉的Si含量≥97wt%，单质硅粉的粒径≤38μm。
6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述硅微粉的SiO2含量≥92wt%，硅微粉的粒径≤0.6μm。
7.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述硅溶胶的SiO2含量为25~30wt%，pH值为9~11。
8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
9.一种垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料，其特征在于所述垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料是根据权利要求1~8项中任一项所述的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料的制备方法所制备的垃圾焚烧炉用六铝酸钙/碳化硅浇注料。
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