CN1070390A - 双组分耐高温耐磨衬里材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以甲组分湿料及乙组分干料 组成的耐高温耐磨衬里材料。湿料包含骨料刚玉及 复合胶粘剂，干料包含细粉α氧化铝及促凝剂电熔超 高铝水泥等。本发明易于保存、使用方便，固化后具 有较高的抗压强度和韧性，集低水泥耐火浇注料及磷 酸盐耐火浇注料的优点于一身，适用温度范围较宽， 尤其适用于高温、高冲刷场合，可广泛用于石油化工、 冶金、建材等行业，作为高温窑炉的衬里材料。

Description

本发明涉及一种不定形耐火材料，具体地说是用于炼油催化裂化装置、水泥回转窑、轧钢出钢槽等设备的耐热耐磨衬里的耐火浇注料。
工业上使用的耐火浇注料主要有铝酸盐浇注料、水玻璃浇注料以及磷酸盐浇注料等。
水玻璃耐火浇注料是以水玻璃为胶粘剂，以耐火熟料为骨料及掺合剂，加入适量的促凝剂而制成的气硬性混凝土。水玻璃耐火浇注料由于耐火性能较低，一般不超过1200℃，故不宜在高温条件下使用。
铝酸盐耐火浇注料是以矾土水泥或低钙铝酸盐水泥等为胶粘剂，以粘土或矾土熟料为骨料和掺和剂制成的水硬性耐火浇注料。这种耐火浇注料使用加热后，在400℃以下，内部物理吸附水和化学结晶水已排除，随之晶型发生转变，产生结构的变化过程，引起强度随温度升高而逐步下降的后果。至1200℃，即耐火浇注料开始产生陶瓷烧结前，常温强度降到最低值，只有烘干时强度的40～55%，处于这种情况下长期使用，会出现结构松散发脆现象。因此，这种耐火浇注料一般只适宜在1200℃以上使用，故适用范围较小。八十年代以来，世界各工业发达国家开始使用低水泥用量型耐火浇注料，当高铝水泥用量降至8%以下，并同时使用活性很高的石英粉和煅烧氧化铝等超细粉等时，可使耐火浇注料的中温强度有明显增长。其特征是气孔率低，密度高，并在所有温度范围内强度都较高，荷重软化点亦较高。但是却产生了施工时易发生时效变化的缺点。时效变化以瞬时凝结、延迟硬化和流动性降低等现象表现出来，影响了制品的质量。另外，干燥及热处理制度极严，稍有不慎，浇注料内部即产生裂纹、剥落，发生爆裂，并伴有强烈的声响。
磷酸盐耐火浇注料是以磷酸或磷酸盐为胶粘剂，以耐火熟料为骨料及掺合料制成的一种热性耐火混凝土。磷酸盐耐火浇注料具有较高的高温强度、耐火度、高温韧性和良好的抗热震性。在老规范中，用于石油催化裂化装置等设备的耐高温耐磨衬里材料，一般以磷酸铝为胶粘剂，以刚玉为骨料及粉料，以氢氧化铝为促凝剂。这种衬里材料，是一种热固性材料。它靠含氢的磷酸盐Al（H2PO4）3在加热过程中与氢氧化铝Al（OH）3反应缩合脱水而形成稳定结构的偏磷酸铝Al（PO3）2和正磷酸铝AlPO4。但在室温及加热情况下，中介状态带氢磷酸铝Al（H2PO4）3，Al2（HPO4）3，Al2（H2P2O7）3等在水中有较大的溶解度，在潮湿空气中或水中，会发生潮解作用。对于单层耐热耐磨衬里，在热处理过程中，可以获得稳定的正磷酸铝和偏磷酸铝。但对于双层的背面衬有含大量水的隔热衬里来说，在烘烤过程中，上述中介状态的带氢磷酸铝盐会因为背面大量水份的通过而使结构的形成受到危害。作为对上述磷酸盐耐火浇注料的改进，美国莱斯科（Resco）公司推出了型号为AA-22的衬里材料。该材料以氧化镁MgO作促凝剂，使热固性铝质磷酸盐变为冷固性镁质磷酸盐。
三水磷酸氢镁MgHPO4·3H2O在常温下很快形成难溶性结构物而固化。在加热过程中，磷酸氢铝Al2（HPO4）3进一步形成正磷酸铝的稳定结构，以增强三水磷酸氢镁MgHPO4·3H2O的结构。因而可用于背面衬有隔热衬里的双层衬里，但是该耐火浇注料仍存在最高使用温度稍低，早中期冷压强度不高的缺陷，使适用范围受到了限制。
本发明的目的是提供一种以复合磷酸盐为胶粘剂、以电熔超高铝水泥为促凝剂的双组份耐高温耐磨衬里材料。该衬里材料易于保存、使用方便，固化后具有较高的强度和韧性，适用温度范围较宽，尤其适用于高温、高冲刷的场合。
本发明由甲组份湿料及乙组份干料组成。
甲组份湿料包含以下成份（按重量计）
骨料刚玉  70～85份
复合胶粘剂  5～15份
乙组份干料包含以下成份（按重量计）
粉料α氧化铝  7～20份
促凝剂电熔超高铝水泥  3～10份
微粉二氧化硅  0.2～2份
减水剂木质素磺酸钙  0.01～0.5份
本发明所述的复合胶粘剂的主要成份是磷酸、磷酸铝、磷酸镁和草酸或柠檬酸或酒石酸。
本发明所述的复合胶粘剂的制备方法是：将活性氢氧化铝、氧化镁混合，加水调至糊状，与过量磷酸混合，反应完毕后调节温度使产物粘度达到30～50秒，再加入草酸或柠檬酸或酒石酸，冷却过滤后所得滤液即是本发明的复合胶粘剂。
本发明甲组份湿料和乙组份干料分别制取并包装，在实际使用时，相互混合，同时加水2～4份，拌匀后立即施工，成型后进行养护约2～3天，即可投入生产使用。
本发明具有一定的积极效果，它将低水泥用量型耐火浇注料和以氧化镁为促凝剂的磷酸盐耐火浇注料所使用的材料进行了有机的结合，集两者的优点于一身，该材料固化后不仅高温强度和韧性较高，并且最高使用温度也较高。加入了超微细粉及减水剂后，增加了固化后材料的致密性，缩小了残余线收缩，提高了早中期强度及热震稳定性。采用复合磷酸盐为主体的胶粘剂，增强了制品在热处理过程中的抗水性，加入草酸或柠檬酸或酒石酸后，不仅使湿料的保存期从常规的3个月增加至一年，还提高了制品的早期强度。这是因为由于添加了上述有机酸，使得在整个胶粘剂中降低了自由离子的活性，控制了磷酸盐类的进一步聚合，尤其是同刚玉粒料拌和后，在反应一段时间后，逐步在粒料表面形成了一层保护膜，既起到了“缓蚀”作用，又使得颗粒之间产生了一种“隔阂”，从而使得颗粒之间能长期保持松散状态，当与干料中的促凝剂电熔超高铝水泥及一定量的水拌和后，随即打破了这种有机“屏障”，并伴随着放热反应，这样在短时间内又恢复了作为“复合胶粘剂”的作用。另外当湿料与干料混合后，由于上述有机酸的存在，避免了因干料中含有微量金属及硫化物而会产生氢气、硫化氢等气体的弊端，从而减少了施工过程中气孔的产生，提高了衬里的致密性和耐磨性。选用电熔超高铝水泥作为促凝剂，使Al2O3的含量进一步提高，减少了低熔点成份，提高了制品的高温强度和耐冲刷性能。最后本发明选用原料国内均有生产，该衬里材料可替代进口产品，因而节约了外汇，提高了社会经济效益。
本发明的实施例，在反应锅内将浓度为85%的工业磷酸100公斤加热到95℃。同时将80公斤水与26公斤活性氢氧化铝及2公斤氧化镁调和成浆糊状，在搅拌情况下，慢慢把糊状物加入反应锅内，反应完毕后，料液为无色透明胶体。然后继续升温，控制粘度为45秒（涂4-杯25℃），冷却后将175克草酸完全溶解于200克水中。当反应锅内料液冷却到50℃时，再慢慢将草酸水溶液滴加到反应锅内，完全混合后，将料液过滤，所得滤液即为复合胶粘剂。
选用颗粒1～3mm白刚玉45公斤、棕刚玉45公斤，＜1mm白刚玉60公斤，120目白刚玉30公斤，200目白刚玉24公斤和上述复合胶粘剂30公斤，同时放入250立升强力搅拌机搅拌20分钟，即制得甲组份湿料，以15公斤为一料单独包装待用。
在250立升强力搅拌机中，同时加入电熔超高铝水泥50公斤，320目α氧化铝150公斤，二氧化硅微粉4公斤以及木质磺酸钙0.5公斤，搅拌30分钟，即得乙组份干料，以3公斤为一料单独包装待用。
应用例：在实际使用时，将上述甲组份湿料一个包装与乙组份干料一个包装配合，即甲组份∶乙组份为5∶1（重量），另外加水3%（重量），经人工混和搅拌均匀后，即可供施工。施工后进行养护，养护方法如下：
常温养护24小时;
常温～50℃均匀升温3小时，保温2小时;
50℃～110℃均匀升温3小时，保温5小时;
110℃～150℃均匀升温3小时，保温4小时;
150℃～300℃均匀升温5小时，保温3小时;
300℃～500℃均匀升温5小时，保温2小时;
500℃～750℃均匀升温5小时。
所得制品，经上海建筑科学研究所等单位检验，其结果见表1，同时将美国莱斯科公司（Resco）生产的AA-22浇注料及低水泥用量型浇注料RS-17A的性能列入表1。
本发明各项指标检验均依国家标准及有关标准进行。耐火度依GB8932.1-88《耐火材料耐火度试验方法》测试。密度按GB2998-82《定型隔热耐火制品体积密度及真气孔率试验方法》测试。抗压强度按YB2208-77《耐火混凝土高温耐压强度检测方法》测试。抗折强度按GB3001-82《耐火制品常温抗折强度测定方法》及GB3002-82《耐火制品高温抗折强度测定方法》测试。加热线收缩按GB8932.7-88《耐火制品的热膨胀试验方法》测试。热震稳定性按YB376-76《热震稳定性试验方法》测试。
表1
性能 本发明 AA-22 RS-17A
耐  火  度 ＞1870 1650（最高使用温度） 1870（最高使用温度）
密度kg/m2(110℃) 2901 2720（8150）C 2760
抗压强度（MPa)110℃815℃1000℃ 81105110 20－3052.5-7049-70 56-84.563-84.5
抗折强度105℃815℃ 1116 9-1010-15.5 8.6-12.5
加热线收缩（％）750℃ 0.17 0.1-0.5 0.1-0.6
热震稳定性 80次未破碎
保存期 1年 1年

Claims (4)

1、一种双组份耐高温耐磨衬里材料，该衬里材料由甲组份湿料和乙组份干料组成：
a、甲组份湿料包含以下成份(按重量计)
骨料刚玉    70-85份
复合胶粘剂  5-15份
b、乙组份干料包含以下成份(按重量计)
粉料a氧化铝           7-20份
促凝剂电熔超高铝水泥  3-10份
微粉二氧化硅          0.2-2份
减水剂木质素磺酸钙    0.01-0.5份
2、根据权利要求1所述的双组份耐高温耐磨衬里材料，其特征在于所述的复合胶粘剂的主要成份是磷酸、磷酸铝、磷酸镁及草酸。
3、根据权利要求1所述的双组份耐高温耐磨衬里材料，其特征在于所述的复合胶粘剂的主要成份是磷酸、磷酸铝、磷酸镁及柠檬酸。
4、根据权利要求1所述的双组份耐高温耐磨衬里材料，其特征在于所述的复合胶粘剂的主要成份是磷酸、磷酸铝、磷酸镁及酒石酸。
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