CN108191441B - 干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。其技术方案是：以45～65wt％的莫来石、15～35wt％的碳化硅、2～8wt％的无机‑金属复合微胶囊、4～6wt％的α‑氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将无机‑金属复合微胶囊和催化剂混合，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得氮化铝增强干熄焦炉斜道立柱用浇注料。本发明制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料抗水化性能好、生产稳定性高、流动性好；使用结果表明：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，寿命长和节能环保。

Description

干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法

技术领域

本发明属于氮化铝增强浇注料技术领域。具体涉及提供一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。

背景技术

干法熄焦技术是将红焦置于“密封”容器内，由底部通入循环N₂进行冷却的过程。与湿法熄焦相比，干法熄焦具有节约能源、减少水资源浪费、改善焦炭质量和保护环境等优点，但由于干熄焦炉内衬耐火材料的损毁而导致干熄焦炉使用寿命不长。其中斜道立柱是干熄焦炉中关键和复杂的部位，其以倾斜悬挑的方式承受上部耐火材料及设备的重量，同时处于500～1000℃频繁的温度波动中，并受到高速气流与焦粉的冲刷，极易损毁。目前，干熄焦炉斜道立柱用耐火材料主要为莫来石碳化硅砖，在恶劣的工作条件下容易出现开裂和剥落的现象，该部位的过早损毁不仅增加了生产成本，也降低了干熄焦炉的使用寿命。近年来，不定形耐火材料逐渐在干熄焦炉中应用，但干熄焦炉中温度不超过1000℃，普通浇注料难以烧结，强度不高、耐磨性能和抗热震性能不好。

“一种堇青石-莫来石-红柱石抗热震砖”(CN201210520207.2)技术，制备出来的耐火砖虽具有热膨胀系数低、抗热震性能好的优点，但其强度较低、耐磨损性较差和使用寿命较短。“一种干熄焦炉碳化硅砖及其制备方法”(CN103864440A)技术，虽从一定程度提高了强度和耐磨损性能，但生产过程烧结困难，容易氧化，使用寿命依然不够理想。“一种用于干熄焦炉的高导热Sialon-SiC复相陶瓷耐火材料及其生产方法”(CN101891487A)技术，生产的高导热高强度耐火材料由于氮化温度太高、氮化工艺较为复杂、生产成本太高，难以大规模推广使用。“原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法”(CN201510614844.X)技术，该技术虽有其优点，但加入防水化剂导致浇注料的流动性不好，成形困难，生产不稳定。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，所制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料抗水化性能好、生产稳定性高、流动性好；使用效果为：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，寿命长和节能环保。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以45～65wt％的莫来石、15～35wt％的碳化硅、2～8wt％的无机-金属复合微胶囊、4～6wt％的α-氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(10～100)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置10～60min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以3～10℃/min的速率升温至500～650℃，保温2～8h，制得无机-金属复合微胶囊。

所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm的占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料15～25wt％。

所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm的占原料5～12wt％。

所述铝粉的粒径≤38μm，所述铝粉的Al含量≥99.85wt％。

所述预处理液为硬脂酸钠饱和水溶液、去离子水、醇类中的一种。所述无机-金属复合微胶囊的壳层厚度为0.5～5μm。

所述α-氧化铝粉中的Al₂O₃含量≥97wt％，粒径≤8μm。

所述硅微粉中的SiO₂含量≥92wt％，粒径≤0.6μm。

所述铝酸钙水泥：Al₂O₃含量为50～60wt％，SiO₂含量＜8wt％，Fe₂O₃含量＜2.5wt％；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。

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以上。

所述催化剂为金属或为盐类，所述催化剂为工业纯；其中：所述金属为铁粉、钴粉、镍粉中的一种以上，所述金属的粒径≤0.074mm；所述盐类为氯化铵、碳酸锂中的一种以上。

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：

本发明制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料，在使用过程中能使无机-金属微胶囊于660℃开始破裂和铝粉裸露，裸露的铝粉在干熄焦炉中的氮气循环气体气氛和催化剂作用下，梯度原位反应生成氮化铝结合相，并在干熄焦炉斜道立柱部位使用的工作温度为800～1000℃时完全反应。由于该反应存在气相传质机理，原位生成的氮化铝相多为纤维状，起到增强增韧的效果，能极大地提高材料的热态抗折强度。氮化铝具有中高温强度大、热导率高和热膨胀系数低的特点，能显著提高干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料在使用过程中的中高温力学性能、耐磨性能和抗热震性能；同时也能避免因环境温度急剧变化而导致材料体积变化出现的裂纹，具有较高的热震稳定性。

本发明中的受无机壳层保护的铝粉在氮化过程中，于660℃熔融成液相，从壳层中溢出后填充于颗粒之间，使得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料更加致密，同时，液相烧结促进了α-氧化铝微粉与硅微粉生成莫来石相，提高了力学性能。

本发明采用的无机-金属微胶囊，制备方法简单和使用效果好，可以大大提高干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的生产稳定性；并能省去了一般氮化物耐火砖在实际生产过程中的复杂氮化工艺与高温氮化过程，实现了干熄焦炉中循环氮气的多重利用，有利于降低成本和节能环保。

因此，本发明制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料抗水化性能好、生产稳定性高、流动性好；使用结果表明：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，寿命长和节能环保。

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。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述。

所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm的占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料15～25wt％。

所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm的占原料5～12wt％。

所述铝粉的粒径≤38μm，所述铝粉的Al含量≥99.85wt％。

所述无机-金属复合微胶囊的壳层厚度为0.5～5μm。

所述α-氧化铝粉中的Al₂O₃含量≥97wt％，粒径≤8μm。

所述硅微粉中的SiO₂含量≥92wt％，粒径≤0.6μm。

所述铝酸钙水泥：Al₂O₃含量为50～60wt％，SiO₂含量＜8wt％，Fe₂O₃含量＜2.5wt％；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。

所述催化剂为工业纯；所述铁粉、钴粉和镍粉的粒径均≤0.074mm。

实施例1

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以45～50wt％的莫来石、30～35wt％的碳化硅、2～5wt％的无机-金属复合微胶囊、5.5～6wt％的α-氧化铝粉、3.5～4wt％的硅微粉和5～5.5wt％的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(10～40)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置10～30min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以3～5.5℃/min的速率升温至500～560℃，保温2～3.5h，制得无机-金属复合微胶囊。

所述预处理液为硬脂酸钠饱和水溶液。

所述减水剂为三聚磷酸钠。

所述催化剂为氯化铵。

实施例2

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例1：

所述预处理液为去离子水。

所述减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。

所述催化剂为钴粉。

实施例3

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例1：

所述催化剂为铁粉和镍粉的混合物。

所述预处理液为醇类。

所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。

实施例4

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以50～55wt％的莫来石、25～30wt％的碳化硅、3～6wt％的无机-金属复合微胶囊、4～4.5wt％的α-氧化铝粉、3～3.5wt％的硅微粉和5.5～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(20～60)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置20～40min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以4.5～7℃/min的速率升温至530～590℃，保温3.5～5h，制得无机-金属复合微胶囊。

所述预处理液为醇类。

所述减水剂为六偏磷酸钠。

所述催化剂为碳酸锂。

实施例5

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例4：

所述预处理液为硬脂酸钠饱和水溶液。

所述减水剂为三聚磷酸钠和四聚磷酸钠的混合物。

所述催化剂为镍粉。

实施例6

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以55～60wt％的莫来石、20～25wt％的碳化硅、4～7wt％的无机-金属复合微胶囊、4.5～5wt％的α-氧化铝粉、2.5～3wt％的硅微粉和5～5.5wt％的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(40～80)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置30～50min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以6～8.5℃/min的速率升温至560～620℃，保温5～6.5h，制得无机-金属复合微胶囊。

所述预处理液为去离子水。

所述减水剂为四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。

所述催化剂为氯化铵和碳酸锂的混合物。

实施例7

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例6：

所述预处理液为醇类。

所述减水剂为三聚磷酸钠。

所述催化剂为铁粉和钴粉的混合物。

实施例8

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以60～65wt％的莫来石、15～20wt％的碳化硅、5～8wt％的无机-金属复合微胶囊、5～5.5wt％的α-氧化铝粉、2～2.5wt％的硅微粉和4～4.5wt％的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂。先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(60～100)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置40～60min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以7.5～10℃/min的速率升温至590～650℃，保温6.5～8h，制得无机-金属复合微胶囊。

所述预处理液为硬脂酸钠饱和水溶液。

所述减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。

所述催化剂为铁粉。

实施例9

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例8：

所述预处理液为去离子水。

所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。

所述催化剂为铁粉、钴粉和镍粉中的混合物。

实施例10

一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料及其制备方法。除下述外，其余同实施例8：

所述催化剂为氯化铵和碳酸锂的混合物。

所述预处理液为醇类。

所述减水剂为六偏磷酸钠的混合物。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料，在使用过程中能使无机-金属微胶囊于660℃开始破裂和铝粉裸露，裸露的铝粉在干熄焦炉中的氮气循环气体气氛和催化剂作用下，梯度原位反应生成氮化铝结合相，并在干熄焦炉斜道立柱部位使用的工作温度为800～1000℃时完全反应。由于该反应存在气相传质机理，原位生成的氮化铝相多为纤维状，起到增强增韧的效果，能极大地提高材料的热态抗折强度。氮化铝具有中高温强度大、热导率高和热膨胀系数低的特点，能显著提高干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料在使用过程中的中高温力学性能、耐磨性能和抗热震性能；同时也能避免因环境温度急剧变化而导致材料体积变化出现的裂纹，具有较高的热震稳定性。

本具体实施方式中的受无机壳层保护的铝粉在氮化过程中，于660℃熔融成液相，从壳层中溢出后填充于颗粒之间，使得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料更加致密，同时，液相烧结促进了α-氧化铝微粉与硅微粉生成莫来石相，提高了力学性能。

本具体实施方式采用的无机-金属微胶囊，制备方法简单和使用效果好，可以大大提高干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的生产稳定性；并能省去了一般氮化物耐火砖在实际生产过程中的复杂氮化工艺与高温氮化过程，实现了干熄焦炉中循环氮气的多重利用，有利于降低成本和节能环保。

因此，本具体实施方式制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料抗水化性能好、生产稳定性高、流动性好；使用结果表明：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，寿命长和节能环保。

Claims (8)

1.一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于以45~65wt%的莫来石、15~35wt%的碳化硅、2~8wt%的无机-金属复合微胶囊、4~6wt%的α-氧化铝粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以所述原料0.1~0.3wt%的催化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂；先将所述无机-金属复合微胶囊和所述催化剂混合，得到预混料；然后将所述预混料、所述减水剂和其余所述原料混合，搅拌均匀，即得干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料；

所述无机-金属复合微胶囊的制备方法是：

按铝粉∶预处理液的质量比为1∶(10~100)，将所述铝粉置于所述预处理液中，静置10~60min，真空抽滤，取滤上物于干燥箱中烘干至恒重，得到表面预处理的铝粉；将所述表面预处理的铝粉置于马弗炉中，以3~10℃/min的速率升温至500~650℃，保温2~8h，制得无机-金属复合微胶囊；

所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm的占原料10~15wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料20~25wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料15~25wt%；

所述碳化硅中的SiC含量≥97wt%；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的占原料5~8wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的占原料5~15wt%，粒径小于0.088mm的占原料5~12wt%；

所述预处理液为硬脂酸钠饱和水溶液、去离子水、醇类中的一种；

所述催化剂为金属或为盐类，所述催化剂为工业纯；其中：所述金属为铁粉、钴粉、镍粉中的一种以上，所述金属的粒径≤0.074mm；所述盐类为氯化铵、碳酸锂中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于所述铝粉的粒径≤38μm，所述铝粉的Al含量≥99.85wt%。

3.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于所述无机-金属复合微胶囊的壳层厚度为0.5~5μm。

4.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于所述α-氧化铝粉中的Al₂O₃含量≥97wt%，粒径≤8μm。

5.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于所述硅微粉中的SiO₂含量≥92wt%，粒径≤0.6μm。

6.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，其特征在于所述铝酸钙水泥：Al₂O₃含量为50~60wt%，SiO₂含量＜8wt%，Fe₂O₃含量＜2.5wt%；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。

7.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法，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以上。

8.一种干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料，其特征在于所述干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料是根据权利要求1~7项中任一项所述的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料的制备方法所制备的干熄焦炉斜道立柱用氮化铝增强浇注料。