CN107573098B - 一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，它以不同粒径范围的矾土骨料、轻质骨料、粒度小于0.074mm的微粉、粒度小于0.074mm的蓝晶石粉、高铝水泥或铝酸钙水泥、三聚磷酸钠和减水剂为主要原料制备而成。本发明所述浇注料综合了重质浇注料及轻质浇注料的优点，能在保证强度、抗侵蚀性等关键指标的前提下，降低体积密度、减轻材料自重，有效降低导热系数，提高保温性能；可使结构重量较传统重质浇注料减少30％，窑炉热损失减少25％～35％，节约燃料10％左右，同时缩短烘炉用时，节约检修时间，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种用于烧结点火炉的轻量化耐火浇注料。
背景技术
烧结点火炉是制备高炉用烧结矿和球团矿的热工设备，用于点燃烧结机上的混合料，通常采用重质的低水泥高铝浇注料或是刚玉-莫来石浇注料作为炉衬耐材。但是在烧结点火炉中炉衬不与高温熔体或炉料直接接触，采用重质浇注料不仅自身重量大，施加给钢结构的力也大，往往造成炉衬结构的破坏，而且保温性能较差，造成大量的热损失。使用中常发生开裂、破损、剥落等现象，使用寿命只有3～5年，维修时间达10～15天，影响生产。传统的耐火材料已经越来越不能满足烧结工艺的发展、原料的变更、作业率攀升的需求。而轻质浇注料的高温性能如强度、热震稳定性又不能达到使用要求。因此需要开发一种既能保证使用寿命又能保温节能的新型耐火浇注料。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，有效解决目前用于烧结点火炉的重质浇注料存在的保温性能差、能耗高，以及现有轻质浇注料存在的高温性能如强度、热震稳定性等性能较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，各组分及其所占质量百分比包括：粒度为8～5mm的矾土骨料15～25％；粒度为5～3mm的矾土骨料5～15％；粒度为3～1mm的矾土骨料5～15％；粒度小于1mm的矾土骨料5～15％；粒度小于0.074mm的矾土粉10～20％；粒度为5～3mm的轻质骨料10～20％；粒度为3～1mm的轻质骨料5～15％；粒度小于1mm的轻质骨料2～10％；粒度小于0.074mm的微粉1～10％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉5～10％；高铝水泥或铝酸钙水泥3～10％；外加分别占各组分总质量0.01～0.08％的三聚磷酸钠和聚羧酸系高性能减水剂。
优选的，所述用于烧结点火炉的轻量化浇注料中，各组分及其所占质量百分比包括：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；粒度为5～3mm的矾土骨料5～8％；粒度为3～1mm的矾土骨料5～8％；粒度小于1mm的矾土骨料5～7％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料12～15％；粒度为3～1mm的轻质骨料8～10％；粒度小于1mm的轻质骨料3～5％；粒度小于0.074mm的微粉7％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；铝酸钙水泥5％；外加三聚磷酸钠0.01％以及聚羧酸系高性能减水剂0.05％。
优选的，所述用于烧结点火炉的轻量化浇注料中，各组分及其所占质量百分比包括：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；粒度为5～3mm的矾土骨料5％；粒度为3～1mm的矾土骨料5％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料(多孔莫来石)15％；粒度为3～1mm的轻质骨料(多孔莫来石)10％；粒度小于1mm的轻质骨料(多孔莫来石)5％；粒度小于0.074mm的硅微粉7％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；外加分别占各组分总质量0.01％和0.05％的三聚磷酸钠和聚羧酸系高性能减水剂。
上述方案中，所述矾土骨料和矾土粉中Al2O3的含量≥70wt％，Fe2O3的含量＜2.0wt％。
上述方案中，所述轻质骨料为漂珠、多孔粘土熟料、多孔高铝熟料、多孔莫来石中的一种或几种按任意配比混合。
优选的，所述漂珠的容重为0.25～0.45g/cm3，Al2O3的含量为25～35wt％，SiO2的含量为50～65wt％；多孔粘土熟料的容重为0.5～1.2g/cm3，Al2O3的含量为35～45wt％，Fe2O3的含量＜2.5wt％；多孔高铝熟料的容重为0.7～1.0g/cm3，Al2O3的含量＞70wt％，Fe2O3的含量＜2.0wt％；多孔莫来石的容重为0.6～0.9g/cm3，Al2O3的含量＞70wt％，Fe2O3的含量＜2.0wt％。
优选的，粒度为1mm以上的轻质骨料中，多孔莫来石与多孔高铝熟料、多孔莫来石与多孔粘土熟料、多孔莫来石与漂珠，均可按1:1的质量比混合；粒度小于1mm的轻质骨料中，多孔莫来石与多孔高铝熟料、多孔莫来石与多孔粘土熟料、多孔莫来石与漂珠，均可按3:2的质量比混合。
上述方案中，所述微粉为硅微粉、铝微粉中的一种或二者混合物。
上述方案中，所述高铝水泥或铝酸钙水泥中Al2O3的含量为69～71wt％，SiO2的含量＜0.1wt％，Fe2O3的含量＜0.1wt％；CaO的含量26～28wt％。
上述一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料的制备方法，包括如下步骤：将各组分混合均匀，然后加入占各组分总质量7～8％的水，再经浇筑、振捣、养护、脱模得所述轻量化浇注料。
本发明的原理为：本发明以矾土骨料和轻质骨料为主要原料，利用原料中矾土骨料、轻质骨料本身的性质以及各组分间的相互作用，调整原料中的颗粒级配并引入适量微粉和添加剂，经过点火炉的高温烘烤，各原料组分发生烧结反应，进行充分的晶型转变，形成强度较高、保温性能较好、有别于传统浇注料的用于烧结点火炉的轻量化浇注料(也可称为半重质浇注料)。
与传统重质浇注料相比，在保证综合性能的前提下，可有效降低浇注料的体积密度和导热率，提高了产品的保温性能；与轻质浇注料相比，保温性能接近，而强度更高，高温下抗侵蚀及热震稳定性更强，可直接作为工作衬，而不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明通过配方设计，可有效降低所得浇注料的导热系数，提高其保温性能；同时耐压强度、抗热震稳定性能良好；体积密度降低，减小了炉衬自身重量，减轻对炉内结构施加的力；炉衬自重减轻，气孔率增大，缩短了烘炉用时，节约了检修时间。
2)本发明所述轻量化浇注料与传统重质浇注料相比，在保证综合性能的前提下，可有效降低浇注料的体积密度和导热率，提高了产品的保温性能，降低热量损失；而且轻量化浇注料自重减轻，气孔率较高，能够缩短烘炉时间，快速恢复生产。
3)本发明所述轻量化浇注料与与轻质浇注料相比，保温性能接近，而强度更高，高温下抗侵蚀及热震稳定性更强，可直接作为工作衬，而不需要在点火炉内侧再砌筑保温层，节约成本。
4)本发明所述轻量化浇注料110℃耐压强度≥20MPa，1300℃耐压强度≥60MPa，体积密度1.8～2.5g/cm3，综合了重质浇注料及轻质浇注料的优点，能在保持强度、抗侵蚀性等关键指标的前提下，减轻材料自重，提高保温性能。
5)发明的轻量化浇注料具有保温节能、高温性能良好、体积密度低等优点，可使结构重量较传统重质浇注料减少30％，窑炉热损失减少25～35％，节约燃料10％左右，缩短检修时间；且采用的原料成本低，具有重要的经济效益和社会效益，适合推广应用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，如无具体说明采用的试剂均为市售化学药剂或工业产品。
以下实施例中，所述矾土骨料和矾土粉由山西明景耐火材料公司提供，其中Al2O3的含量为73.1wt％，Fe2O3的含量为1.0wt％。
采用的轻质骨料为漂珠、多孔粘土熟料、多孔高铝熟料、多孔莫来石中的一种或几种混合物；其中漂珠由石家庄韵石新型建材有限公司提供，容重为0.25～0.45g/cm3，Al2O3的含量为25～35wt％，SiO2的含量为50～65wt％；多孔粘土熟料由淄博市博山新维特种耐火材料厂提供，容重为0.5～1.2g/cm3，Al2O3的含量为35～45wt％，Fe2O3的含量＜2.5wt％；多孔高铝熟料由淄博市博山新维特种耐火材料厂提供，容重为0.7～1.0g/cm3，Al2O3的含量＞70wt％，Fe2O3的含量＜2.0wt％；多孔莫来石由郑州市金石耐材有限公司提供，容重为0.6～0.9g/cm3，Al2O3的含量＞70wt％，Fe2O3的含量＜2.0wt％。
所述铝酸钙水泥和高铝水泥由淄博旭虹耐火材料有限公司提供，其中Al2O3的含量为70.57wt％，SiO2的含量为0.1wt％；Fe2O3的含量为0.09％；CaO的含量为27.6％。
实施例1
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料5％；粒度为3～1mm的矾土骨料5％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料(多孔莫来石)15％；粒度为3～1mm的轻质骨料(多孔莫来石)10％；粒度小于1mm的轻质骨料(多孔莫来石)5％；粒度小于0.074mm的硅微粉7％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；铝酸钙水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.2g/cm3，在110℃耐压强度为33.0MPa，1300℃耐压强度63.9MPa；导热系数为0.43w/(m·k)，在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例2
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料(多孔莫来石)12％；粒度为3～1mm的轻质骨料(多孔莫来石)8％；粒度小于1mm的轻质骨料(多孔莫来石)5％；粒度小于0.074mm的硅微粉5％；粒度小于0.074mm的铝微粉2％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.4g/cm3，在110℃耐压强度为36.0MPa，1300℃耐压强度68.1MPa；导热系数为0.51w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例3
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料7％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料(多孔莫来石)12％；粒度为3～1mm的轻质骨料(多孔莫来石)8％；粒度小于1mm的轻质骨料(多孔莫来石)3％；粒度小于0.074mm的硅微粉3％；粒度小于0.074mm的铝微粉4％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.5g/cm3，在110℃耐压强度为37.9MPa，1300℃耐压强度70.2MPa；导热系数为0.54w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例4
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料7％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料(漂珠)12％；粒度为3～1mm的轻质骨料(漂珠)8％；粒度小于1mm的轻质骨料(漂珠)3％；粒度小于0.074mm的硅微粉3％；粒度小于0.074mm的铝微粉4％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.0g/cm3，在110℃耐压强度为23.8MPa，1300℃耐压强度62.3MPa；导热系数为0.40w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例5
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料12％(多孔莫来石6％、多孔高铝熟料6％)；粒度为3～1mm的轻质骨料8％(多孔莫来石4％、多孔高铝熟料4％)；粒度小于1mm的轻质骨料5％(多孔莫来石3％、多孔高铝熟料2％)；粒度小于0.074mm的硅微粉6％；粒度小于0.074mm的铝微粉1％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.5g/cm3，在110℃耐压强度为32.0MPa，1300℃耐压强度67.7MPa；导热系数为0.49w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例6
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料12％(多孔莫来石6％、多孔粘土熟料6％)；粒度为3～1mm的轻质骨料8％(多孔莫来石4％、多孔粘土熟料4％)；粒度小于1mm的轻质骨料5％(多孔莫来石3％、多孔粘土熟料2％)；粒度小于0.074mm的硅微粉3％；粒度小于0.074mm的铝微粉4％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.4g/cm3，在110℃耐压强度为30.4MPa，1300℃耐压强度66.0MPa；导热系数为0.44w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
实施例7
一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，具体制备步骤如下：
1)原料称取，各原料所占质量百分比为：粒度为8～5mm的矾土骨料20％；
粒度为5～3mm的矾土骨料8％；粒度为3～1mm的矾土骨料7％；粒度小于1mm的矾土骨料5％；粒度小于0.074mm的矾土粉15％；粒度为5～3mm的轻质骨料12％(多孔莫来石6％、漂珠6％)；粒度为3～1mm的轻质骨料8％(多孔莫来石4％、漂珠4％)；粒度小于1mm的轻质骨料5％(多孔莫来石3％、漂珠2％)；粒度小于0.074mm的硅微粉3％；粒度小于0.074mm的铝微粉4％；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8％；高铝水泥5％；外加占各组分总质量0.01％的三聚磷酸钠和占各组分总质量0.05％的聚羧酸系高性能减水剂。
2)将称取的各原料置于搅拌机中混合均匀，然后外加占原料总质量7％的水，继续在搅拌机中搅拌均匀后，浇注振捣，养护脱模后即得所述轻量化浇注料。
本实施例所得轻量化浇注料的密度为2.3g/cm3，在110℃耐压强度为27.5MPa，
1300℃耐压强度64.1MPa；导热系数为0.44w/(m·k)在高温下抗侵蚀及热震稳定性优异，可直接作为工作衬，不需要在点火炉内侧再砌筑保温层。
上述结果表明，本发明所述轻量化耐火浇注料，可在保证强度、抗侵蚀性等关键指标的前提下，降低体积密度、减轻材料自重，有效降低导热系数，提高保温性能；可使结构重量较传统重质浇注料减少30％，窑炉热损失减少25～35％，节约燃料10％左右，同时缩短烘炉用时，节约检修时间，具有重要的工业推广价值。
本发明涉及的各原料及其上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间等)的下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于烧结点火炉的轻量化浇注料，各组分及其所占质量百分比包括：粒度为8~5mm的矾土骨料15~25%，粒度为5~3mm的矾土骨料5~15%，粒度为3~1mm的矾土骨料5~15%，粒度小于1mm的矾土骨料5~15%，粒度小于0.074mm的矾土粉10~20%，粒度为5~3mm的轻质骨料10~20%，粒度为3~1mm的轻质骨料5~15%，粒度小于1mm的轻质骨料2~10%，粒度小于0.074mm的微粉1~10%，粒度小于0.074mm的蓝晶石粉5~10%，铝酸钙水泥3~10%；外加均占各组分总质量0.01~0.08%的三聚磷酸钠和聚羧酸系高性能减水剂；
所述轻质骨料为漂珠、多孔粘土熟料、多孔高铝熟料中的一种或几种按任意配比混合；
所述微粉为硅微粉、铝微粉中的一种或二者混合物。
2.根据权利要求1所述的轻量化浇注料，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：粒度为8~5mm的矾土骨料20%；粒度为5~3mm的矾土骨料5~8%；粒度为3~1mm的矾土骨料5~8%；粒度小于1mm的矾土骨料5~7%；粒度小于0.074mm的矾土粉15%；粒度为5~3mm的轻质骨料12~15%；粒度为3~1mm的轻质骨料8~10%；粒度小于1mm的轻质骨料3~5%；粒度小于0.074mm的微粉7%；粒度小于0.074mm的蓝晶石粉8%；铝酸钙水泥5%；外加三聚磷酸钠0.01%以及聚羧酸系高性能减水剂0.05%。
3.根据权利要求1所述的轻量化浇注料，其特征在于，所述矾土骨料和矾土粉中Al2O3的含量≥70wt%，Fe2O3的含量＜2.0wt%。
4.根据权利要求1所述的轻量化浇注料，其特征在于，所述漂珠的容重为0.25~0.45g/cm3，Al2O3的含量为25~35wt%，SiO2的含量为50~65wt%；多孔粘土熟料的容重为0.5~1.2g/cm3，Al2O3的含量为35~45wt%，Fe2O3的含量＜2.5wt%；多孔高铝熟料的容重为0.7~1.0g/cm3，Al2O3的含量＞70wt%，Fe2O3的含量＜2.0wt%。
5.根据权利要求1所述的轻量化浇注料，其特征在于，所述铝酸钙水泥中Al2O3的含量为69~71wt%，SiO2的含量＜0.1wt%，Fe2O3的含量＜0.1wt%；CaO的含量26~28wt%。
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