CN107857578B - 一种垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料及其制备方法，按重量百分比计，耐火材料由以下原料制备而成：55~85%铝铬渣，5~15%γ‑Al2O3，1~15%α‑Al2O3，1~15%ρ‑Al2O3，硅微粉1‑3%，结合剂2‑5%，所述铝铬渣中Al2O3重量百分比为80~85%，Cr2O3的重量百分比为10~15%，所述铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，所述γ‑Al2O3、α‑Al2O3和所述ρ‑Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。本发明实施例使用金属铬冶炼生产中产生的炉渣：铝铬渣为主要原料，无需额外添加氧化铬，原料易得，能够资源再利用，降低生产成本，降低耐火材料的显气孔率，提高使产品强度、耐火度和抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料及其制备方法。
背景技术
回转窑是垃圾焚烧使用的主要设备，回转窑耐火内衬的损坏常常影响到生产的连续性，给企业造成损失。回转窑内衬常见的损坏原因包括：长期承受转动状态下的机械应力、物料摩擦、热应力、气流以及化学侵蚀等综合效应，现有的回转窑因内衬使用的耐火材料显气孔率高，膨胀大，耐磨性能低，热稳定性较差，使用寿命通常只有6个月左右，不能满足需求。
发明内容
有鉴于此，本发明采用的技术方案提供了一种垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料及其制备方法，以解决耐火材料显气孔率高，使用寿命短的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
根据本发明第一方面实施例的垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，按重量百分比计，由以下原料制备而成：55~85%铝铬渣，5~15%γ-Al2O3，1~15%α-Al2O3，1~15%ρ-Al2O3，硅微粉1-3%，结合剂2-5%，所述铝铬渣中Al2O3重量百分比为80~85%，Cr2O3的重量百分比为10~15%，所述铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，所述γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。
进一步地，所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
进一步地，所述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物。
进一步地，所述热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：1.2~5。
进一步地，所述铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为2~5：1。
根据本发明第二方面实施例的耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、将上述垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料中1/3重量的所述铝铬渣和1/2重量的所述硅微粉混合均匀，在1600~1800℃下熔烧，然后降温至20~50℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；
S20、向所述混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；
S30、采用机压方式将所述混合料b压制成型，得坯料；
S40、将所述坯料在室温下干燥10~12h，然后在100~120℃下干燥12~24h；
S50、在至少1800℃的温度下熔烧后保温8-10h。
本发明所达到的有益效果：
本发明实施例使用金属铬冶炼生产中产生的炉渣：铝铬渣为主要原料，无需额外添加氧化铬，原料易得，能够资源再利用，降低生产成本。硅微粉能够在原料熔烧过程中，改变Al2O3和Cr2O3固溶体的晶格结构，降低耐火材料的显气孔率，提高材料的耐火度、抗侵蚀性能和抗热震性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
根据本发明第一方面实施例的垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，按重量百分比计，由以下原料制备而成：55~85%铝铬渣，5~15%γ-Al2O3，1~15%α-Al2O3，1~15%ρ-Al2O3，硅微粉1-3%，结合剂2-5%，所述铝铬渣中Al2O3重量百分比为80~85%，Cr2O3的重量百分比为10~15%，所述铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，所述γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。
进一步地，所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
进一步地，所述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物。
进一步地，所述热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：1.2~5。
进一步地，所述铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为2~5：1。
根据本发明第二方面实施例的耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、将上述垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料中1/3重量的所述铝铬渣和1/2重量的所述硅微粉混合均匀，在1600~1800℃下熔烧，然后降温至20~50℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；
S20、向所述混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；
S30、采用机压方式将所述混合料b压制成型，得坯料；
S40、将所述坯料在室温下干燥10~12h，然后在100~120℃下干燥12~24h；
S50、在至少1800℃的温度下熔烧后保温8-10h。
具体地，步骤S10中，先将部分铝铬渣和部分硅微粉制成粉末，然后再将粉末和剩余原料混合，能够在熔烧过程中进一步使产品的铬铝晶体发生转变，产成新的铬铝晶相，进一步降低耐火材料的显气孔率，提高使产品强度、耐火度和抗腐蚀性能。
下面结合具体实施例进一步对本发明进行描述，可以理解的是，本发明并不限于以下实施例。
实施例1
称取原料：55%铝铬渣，15%γ-Al2O3，10%α-Al2O3，15%ρ-Al2O3，硅微粉3%，结合剂2%，其中，铝铬渣中Al2O3占铝铬渣总重量的85%，Cr2O3占铝铬渣总重量的12%，铝铬渣由平均粒径为1.2mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
上述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物。热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：1.2。铝铬渣粉末a和铝铬渣粉末b的重量比为2：1。
将1/3重量的铝铬渣和1/2重量的硅微粉混合均匀，在1700℃下熔烧，然后降温至25℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；向混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；采用机压方式将混合料b压制成型，得坯料；将坯料在室温下干燥10h，然后在100℃下干燥20h；在1800℃的温度下熔烧后保温10h。得垃圾焚烧回转窑衬里用耐火产品。
本实施例获得的耐火产品显气孔率为10~11%，抗热震性[1100℃×水冷]为50次，常温耐压强度300~400MPa，使用寿命为2.5年（100吨/日危险物垃圾处理量，焚烧残渣的热灼减率小于5%，年工作日300天）。
实施例2
称取原料：85%铝铬渣，5%γ-Al2O3，1%α-Al2O3，6%ρ-Al2O3，硅微粉1%，结合剂2%，其中，铝铬渣中Al2O3占铝铬渣总重量的80~85%，Cr2O3占铝铬渣总重量的10~15%，铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
上述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物。热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：2。铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为5：1。
将1/3重量的铝铬渣和1/2重量的硅微粉混合均匀，在1800℃下熔烧，然后降温至50℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；向混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；采用机压方式将混合料b压制成型，得坯料；将坯料在室温下干燥12h，然后在120℃下干燥12h；在1800℃的温度下熔烧后保温10h。得垃圾焚烧回转窑衬里用耐火产品。
本实施例获得的耐火产品显气孔率为11~12%，抗热震性[1100℃×水冷]为45次，常温耐压强度350~450MPa，使用寿命为2年（100吨/日危险物垃圾处理量，焚烧残渣的热灼减率小于5%，年工作日300天）。
实施例3
称取原料：80%铝铬渣，5%γ-Al2O3，5%α-Al2O3，5%ρ-Al2O3，硅微粉3%，结合剂2%，其中，铝铬渣中Al2O3占铝铬渣总重量的80~85%，Cr2O3占铝铬渣总重量的10~15%，铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
上述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物。热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：5。铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为2~5：1。
将1/3重量的铝铬渣和1/2重量的硅微粉混合均匀，在1600℃下熔烧，然后降温至30℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；向混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；采用机压方式将混合料b压制成型，得坯料；将坯料在室温下干燥12h，然后在120℃下干燥20h；在1900℃的温度下熔烧后保温10h。得垃圾焚烧回转窑衬里用耐火产品。
本实施例获得的耐火产品显气孔率为9~10%，抗热震性[1100℃×水冷]为55次，常温耐压强度300~400MPa，使用寿命为2.8年（100吨/日危险物垃圾处理量，焚烧残渣的热灼减率小于5%，年工作日300天）。
对比例1
称取原料：55%铝铬渣，15%γ-Al2O3，10%α-Al2O3，15%ρ-Al2O3，硅微粉3%，结合剂2%，其中，铝铬渣中Al2O3占铝铬渣总重量的85%，Cr2O3占铝铬渣总重量的12%，铝铬渣由平均粒径为1.2mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm。所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
上述结合剂为磷酸盐。铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为2：1。
将1/3重量的铝铬渣和1/2重量的硅微粉混合均匀，在1700℃下熔烧，然后降温至25℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；向混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；采用机压方式将混合料b压制成型，得坯料；将坯料在室温下干燥10h，然后在100℃下干燥20h；在1800℃的温度下熔烧后保温10h。得垃圾焚烧回转窑衬里用耐火产品。
本对比例获得的耐火产品显气孔率为17~18%，抗热震性[1100℃×水冷]为40次，常温耐压强度250~300MPa，使用寿命为1.5年（100吨/日危险物垃圾处理量，焚烧残渣的热灼减率小于5%，年工作日300天）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，其特征在于，按重量百分比计，由以下原料制备而成：55~85%铝铬渣，5~15%γ-Al2O3，1~15%α-Al2O3，1~15%ρ-Al2O3，硅微粉1-3%，结合剂2-5%，所述铝铬渣中Al2O3重量百分比为80~85%，Cr2O3的重量百分比为10~15%，所述铝铬渣由平均粒径为1~4mm的铝铬渣粉末a和平均粒径小于0.044mm的铝铬渣粉末b混合而成，所述γ-Al2O3、α-Al2O3和所述ρ-Al2O3的平均粒径大小为0.1~1mm；所述结合剂为热塑性酚醛树脂和铝溶胶的混合物；所述耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、将所述垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料中1/3重量的所述铝铬渣和1/2重量的所述硅微粉混合均匀，在1600~1800℃下熔烧，然后降温至20~50℃后，研磨至平均粒径不大于2mm的粉末，将所述粉末与剩下的所述铝铬渣、硅微粉和除结合剂以外的所有原料混合均匀，得混合物a；
S20、向所述混合物a中加入结合剂，混合均匀，得混合料b；
S30、采用机压方式将所述混合料b压制成型，得坯料；
S40、将所述坯料在室温下干燥10~12h，然后在100~120℃下干燥12~24h；
S50、在至少1800℃的温度下熔烧后保温8-10h。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，其特征在于，所述铝铬渣中Na2O的重量百分比不超过2%，Fe2O3的重量百分比不超过1.5%。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，其特征在于，所述热塑性酚醛树脂和铝溶胶的重量比为1：1.2~5。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧回转窑衬里耐火材料，其特征在于，所述铝铬渣粉末a和所述铝铬渣粉末b的重量比为2~5：1。
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