CN107244931A - 一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，所述水泥窑衬用自结合湿式喷补料由主料和辅料制成，所述主料由以下重量份的组份组成：刚玉颗粒料10～15份，高铝矾土熟料40～60份，石墨20～35份，碳化硅15～30份；所述辅料由以下重量份的组份组成：纳米二氧化硅2～5份，闪速絮凝剂0.5～1份，缓凝剂0.3～1.2份，分散剂0.6～1.5份，硅溶胶9～15份。本发明在配方组分中引入纳米材料，有效的改善了水泥窑衬用自结合湿式喷补料的结合性能，粘附性好、回弹率低，施工环境友好；结合了材料的优异性能与喷射的方便性，大大降低施工周期，节省施工费用，节约了成本，增强了应用效果。

Description

一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种粘附性好的水泥窑衬用自结合湿式喷补料。
背景技术
高炉炉身的水泥窑衬区域温度波动范围500℃～1100℃，其作为炼铁物料反应区域，在生产过程中，衬体不断受到冲刷、侵蚀、渗透，易出现局部或大面积不均匀磨损、剥落，导致冷却壁烧坏、炉壳烧穿，严重影响高炉的正常运行。传统的高炉中修、大修工艺是拆除炉衬并重新砌筑，该工艺费用高、工期长，尤其中修过程的缺点尤为突出。随着不定形耐火材料的发展，浇注料、喷涂料应运而生，且多采用干法和半干法喷涂工艺。但是，由于喷涂料和水或结合剂不能预先混合均匀，故存在易产生层状剥落、施工过程中大颗粒料反弹、细粉料飞散，原颗粒级配设计被破坏等缺陷，给喷涂工艺带来的障碍。
中国专利文献上公开了“一种高炉主铁沟工作衬用热态喷补料及其制备方法”，其公告号为CN106116611A，该发明的热态喷补料附着率高，与主铁沟残衬的结合性好，但是其采用水泥结合剂来促进喷补料的快速烧结及快干高强，当温度升高至800℃～1000℃左右时，水泥中的铝酸钙水化物在脱水和分解过程中，水合键被破坏；同时由低密度水化物转化为高密度水化物，摩尔体积缩小、空隙增大，导致该工作温度下的炉衬结构强度偏低、热震稳定性差、易受碱金属等的侵蚀。因此，探索一种具有粘附性好、回弹率低、施工性能佳的喷涂料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术中喷涂料粘附性差、回弹率高、施工性能差的问题，提供了一种省时、节约成本、粘附性好、施工性能佳的水泥窑衬用自结合湿式喷补料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，所述水泥窑衬用自结合湿式喷补料由主料和辅料制成，所述主料由以下重量份的组份组成：刚玉颗粒料10～15份，高铝矾土熟料40～60份，石墨20～35份，碳化硅15～30份；所述辅料由以下重量份的组份组成：纳米二氧化硅2～5份，闪速絮凝剂0.5～1份，缓凝剂0.3～1.2份，分散剂0.6～1.5份，硅溶胶9～15份。
本发明将纳米技术应用于耐火材料领域，在配方组分中加入适量的纳米二氧化硅，该二氧化硅的比表面积较大，可以使得喷补料在对水泥窑衬修补的过程中，在侧壁迅速形成网络结构，增强喷补料的使用强度、光洁度和涂层硬度，确保修补的有效性。
石墨具有较高的导热系数，使热量在材料内部传递快，使砌筑体的内部温差小，从而提高水泥窑衬用自结合湿式喷补料的热震稳定性。加入碳化硅的原理如下：SiC高温氧化后生成的SiO与渣中的CaO以及材料基质中的Al2O3，反应生成低熔相CAS2使材料逐渐被熔蚀。熔渣和钙长石还会从侵蚀层向内渗透，但会遇到越来越多的SiC阻挡，而侵蚀层中的刚玉颗粒与熔渣中的CaO反应生CaO·6A12O3，其熔点为1830℃，在刚玉颗粒表层固定下来，没有进一步渗透到材料中，加强了结构的稳定性，提高抗渣侵蚀性。
作为优选，所述纳米二氧化硅的粒径为50～150nm，该尺寸范围内的纳米二氧化硅不易发生团聚，具有较大的比表面积。
作为优选，所述硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量不少于35％。
本发明结合剂采用的硅溶胶(SiO2≥35％)是一种纳米氧化硅胶体，具有较大的比表面积和较强的吸附性，回弹率低，施工环境友好，与现有技术中的铝酸盐水泥结合剂相比，可实现快速烘炉。本发明的水泥窑衬用自结合湿式喷补料在中、高温段，氧化铝微粉与硅溶胶中的纳米SiO2发生固相反应，形成的莫来石相呈针状及柱状结晶相互交织的网状结构，提高了材料的断裂韧性，阻止微裂纹扩展，各项性能显著提高。硅溶胶具有微观结构中晶相含量高、玻璃相含量少、杂质含量低的特点，低温呈溶胶凝胶结合，中、高温呈固相结合，其结合机理远优于现有技术中的铝酸盐水泥。
作为优选，所述硅溶胶的平均粒径控制在10nm～20nm，所述硅溶胶的pH值控制在8～11。
硅溶胶低温段时交替凝胶化，胶粒间经缩合反应和与粉体间的吸附作用在基质内形成网架结构，将硅溶胶的平均粒径控制在10nm～20nm，pH值控制在8～11时，在水中发生电离作用后，使胶粒带有相同的负电荷并产生排斥作用，保证喷补料具有良好的流动性，从而确保衬体内的自由水能快速排出。
作为优选，所述闪速絮凝剂选自铝酸钠、硅酸钠、磷酸钾铝、硫酸铝、氯化钙、聚合氯化铝中的一种或几种。
通过加入适当的闪速絮凝剂，改变硅溶胶溶液中阳离子的浓度，促使胶粒发生凝结作用而产生强度。同时通过其加入量来控制喷补料的凝结速度，是保证材料快速凝结、结构强度高、回弹率低的关键。
作为优选，所述缓凝剂为糊精和羧甲基纤维素中的至少一种，由于管道长达数十米，为了防止湿料在泵送过程中凝结，需加入少量的缓凝剂。
作为优选，所述分散剂为聚乙二醇型缩聚物和六偏磷酸钠中的至少一种。
加入分散剂，通过分子上的阴离子基团溶于水后吸附在微颗粒表面，使颗粒表面带有相同类型电荷后因静电排斥作用而分开，具有分散、减水的作用。通过其分散作用增加浆体的塑性，改善喷补料的工作性和泵送性，提高抗离析和抗泌水性能，使得细粉和骨料分布更均匀。通过其减水作用降低孔隙率，提高材料的密实度和性能，延长使用寿命。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在配方组分中引入纳米材料，有效的改善了水泥窑衬用自结合湿式喷补料的结合性能，粘附性好、回弹率低，施工环境友好；
(2)结合了材料的优异性能与喷射的方便性，大大降低施工周期，节省施工费用，节约了成本，增强了应用效果，并给消费者提供了更多的利益。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，由主料和辅料制成，主料：刚玉颗粒料10g，高铝矾土熟料40g，石墨20g，碳化硅15g；辅料：纳米二氧化硅(50nm)2g，闪速絮凝剂0.5g(聚合氯化铝0.2g，铝酸钠0.3g)，缓凝剂0.3g(糊精0.3g)，分散剂0.6g(聚乙二醇型缩聚物0.6g)，硅溶胶9g，其中硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量为45％，平均粒径控制在10nm，pH值为8。
实施例2
一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，由主料和辅料制成，主料：刚玉颗粒料15g，高铝矾土熟料60g，石墨35g，碳化硅30g；辅料：纳米二氧化硅(150nm)5g，闪速絮凝剂1g(硫酸铝0.4g，硅酸钠0.6g)，缓凝剂1.2g(羧甲基纤维素0.5g，糊精0.7g)，分散剂1.5g(聚乙二醇型缩聚物0.6g，六偏磷酸钠0.9g)，硅溶胶15g，其中硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量为55％，平均粒径控制在20nm，pH值为11。
实施例3
一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，由主料和辅料制成，主料：刚玉颗粒料13g，高铝矾土熟料50g，石墨30g，碳化硅25g；辅料：纳米二氧化硅(100nm)3g，闪速絮凝剂0.7g(氯化钙0.4g，磷酸钾铝0.3g)，缓凝剂0.8g(羧甲基纤维素0.8g)，分散剂1g(六偏磷酸钠1g)，硅溶胶12g，其中硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量为50％，平均粒径控制在15nm，pH值为9。
对比例：
对比例与实施例1的不同之处在于，配方组分中未添加纳米二氧化硅，其余配方与实施例1完全相同。
对实施例1-3和对比例的湿式喷补料的理化性能进行检测，结果如表1所示：
表1.理化性能检测结果
表1中的检测结果表明本发明实施例的湿式喷补料的理化性能相对于对比例的湿式喷补料的性能更优，具有热震稳定性好，中温强度高，耐磨耐冲刷，适合用在水泥窑衬的修补。
对本发明实施例1-3和对比例的湿式喷补料的实际使用效果进行检测，结果如表2所示：
表2.实际使用结果
实施例 回弹率(％) 固化时间(h) 喷射厚度(mm)
实施例1 ＜5 1.5 ＞300
实施例2 ＜5 1.6 ＞300
实施例3 ＜5 1.8 ＞300
对比例 ＞6 3.0 ＜300
表2说明了本发明的湿式喷补料经实际应用效果相对于对比例具有如下优势，回弹率均小于5％，降低了粉尘污染，施工环境友好；材料粘附性能好，单次施工厚度能达到300mm。现有技术的喷补料施工完毕后均需要养护后严格按规定的烘炉制度烘炉，本发明的湿式喷补料大大节省了烘炉时间，缩短了工期，对提高炉衬使用寿命，降低生产成本意义重大。
本发明的水泥窑衬用自结合湿式喷补料粘附性好、回弹率低，该方式结合了材料的优异性能与喷射的方便性，大大降低施工周期，节省施工费用，节约了成本，增强了应用效果，并给消费者提供了更多的利益。

Claims (7)

1.一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述水泥窑衬用自结合湿式喷补料由主料和辅料制成，所述主料由以下重量份的组份组成：刚玉颗粒料10～15份，高铝矾土熟料40～60份，石墨20～35份，碳化硅15～30份；所述辅料由以下重量份的组份组成：纳米二氧化硅2～5份，闪速絮凝剂0.5～1份，缓凝剂0.3～1.2份，分散剂0.6～1.5份，硅溶胶9～15份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为50～150nm。
3.根据权利要求1所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量不少于35％。
4.根据权利要求3所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述硅溶胶的平均粒径控制在10nm～20nm，所述硅溶胶的pH值控制在8～11。
5.根据权利要求1或2所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述闪速絮凝剂选自铝酸钠、硅酸钠、磷酸钾铝、硫酸铝、氯化钙、聚合氯化铝中的一种或几种。
6.根据权利要求1或3所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述缓凝剂为糊精和羧甲基纤维素中的至少一种。
7.根据权利要求1或4所述的一种水泥窑衬用自结合湿式喷补料，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇型缩聚物和六偏磷酸钠中的至少一种。
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