CN108341676A - 一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不定形耐火材料制备技术领域，具体涉及一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法。本发明利用废弃镁铬砖和稻壳为原料，将稻壳灰与氢氧化钠溶液混合得到水玻璃溶液，将白云石细粉与去离子水混合搅拌并通入二氧化碳反应，得到反应产物，将反应产物干燥后得到水化碳酸化的白云石料，经过超细二氧化硅胶体浸泡，焙烧得到抗水化镁钙砂，最后将抗水化镁钙砂、镁铬砖再生料、71水泥等搅拌混合后放入模具中，脱模后经高温烧结得到耐高温抗侵蚀喷补料，本发明通过水化碳酸化作用，使得镁钙砂表面游离的氧化钙转变为稳定的碳酸钙，O^2‑很容易与MgO颗粒表面的Mg^2＋相结合，形成镁氧硅链，提升喷补料的抗水化效果，应用前景广阔。

Description

一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法

技术领域

本发明涉及不定形耐火材料制备技术领域，具体涉及一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法。

背景技术

随着高温工业的发展和进步，高温生产条件越来越苛刻，也促使耐火生产企业不断研究和开发低成本、寿命长的耐火材料。在高温生产过程中，因耐火材料内衬的不均匀侵蚀而造成的局部损毁，会直接导致耐火材料使用寿命的下降和耐火材料的严重浪费。为了能够提高耐火材料使用寿命、实现耐火材料利用率的最大化，各种热态喷补技术和喷补料应运而生。

喷补料是由一定颗粒级配的耐火原料、结合剂和缓凝剂等组分所形成的一类不定形耐火材料，广泛应用于高炉、转炉、电炉和水泥回转窑等高温工业窑炉的施工与修补中。喷补料能够直接喷涂于耐火材料受损部位，完成热态下的修补工作，有效延长高温部件的使用寿命，此外，喷补料具有操作简便、修补快速等特点，因而深受高温生产和耐火企业欢迎。

通常的喷补方法有湿法、干法、半干法和火焰喷补法。各种方法都有其特点，都在不同程度上延长了转炉寿命。优质喷补料须满足以下要求：通过喷补设备时材料具有均匀的流动性能；良好的粘附性、固化性和硬化性；回弹量少（回弹率低）；喷补层具有良好的物理性能（体积密度大、气孔率较低、强度较高）；良好的烧结能力；耐火性能高等。上述喷补方法中，以半干法的使用最为广泛。半干法喷补是喷补料（干混料）在高压气体的输送下，在喷枪处与水混合后以可塑状高速射向转炉或者电炉内衬的一种热态喷补方法。喷补料附着在炽热的炉村后，首先通过结合剂与骨料等反应使喷补层迅速达到一定的强度，随着喷补层温度的进一步提高通过烧结而达到牢固的陶瓷结合。

现有喷补料多为镁质喷补料，是由具有一定颗粒级配的镁砂、化学结合剂和外加剂组成的。此种喷补料耐火度高，但在使用过程中也存在一些问题，主要是喷补料高温强度较低，附着性能差、回弹率高，烧结性能差，同时由于镁砂水化问题严重，喷补堆积易发生脱落，导致喷补料的抗侵蚀能力较差。

因此，亟待开发一种抗侵蚀能力强、高温强度高，且喷补堆积不会发生脱落的喷补料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对由于镁砂水化问题严重，喷补堆积易发生脱落，导致喷补料的抗侵蚀能力较差，喷补料中的金属氧化物易与硅酸铝形成低熔相，降低了喷补料的耐高温性能的缺陷，提供了一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将废弃的镁铬砖粉碎过筛得到镁铬砖再生料，取600～800g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～500mL氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，搅拌混合，得到水玻璃溶液；

（2）用200～300mL盐酸调节水玻璃溶液pH值，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温，启动搅拌器搅拌，搅拌反应，得到超细二氧化硅胶体；

（3）取白云石在磨石机中研磨，研磨结束后过筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温，保温煅烧，出料，得到轻烧白云石料；

（4）将轻烧白云石料置于研钵中研磨后，过筛得到白云石细粉，将白云石细粉与去离子水混合搅拌，通入二氧化碳气体，反应，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，干燥，得到水化碳酸化的白云石料；

（5）将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，升温并保温焙烧，即可得到抗水化镁钙砂；

（6）按重量份数计，将20～30份抗水化镁钙砂、40～50份镁铬砖再生料、10～15份71水泥、8～10份玻璃纤维混合放入搅拌机中搅拌，向搅拌机中继续加入20～25份高温沥青粉、10～15份丙酮、20～25份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在烘箱中烘烤，烘烤后脱模放入马弗炉中加热升温，保温，继续升温，保温烧结，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

步骤（1）所述的所过筛规格为200目，氢氧化钠溶液的质量分数为60%，搅拌转速为200～300r/min。

步骤（2）所述的盐酸的质量分数10%，盐酸调节水玻璃溶液pH值为6～7，加热升温后温度为70～80℃，搅拌器转速为200～250r/min，搅拌反应时间为2～3h。

步骤（3）所述的研磨时间为2～3h，所过筛规格为80目，加热升温后为800～900℃，保温煅烧时间为3～5h。

步骤（4）所述的研磨时间为1～2h，所过筛规格为200目，混合搅拌时温度条件为180～200℃，白云石细粉与去离子水混合质量比为3︰1，二氧化碳气体通气速率为40～50mL/min，反应时间为30～45min，干燥温度为100～110℃，干燥时间为1～2h。

步骤（5）所述的升温并保温焙烧过程为：依次升温至100～110℃、1300～1400℃，保温焙烧时间2～3h。

步骤（6）所述的搅拌机转速为200～300r/min，烘箱设定温度为100～110℃，烘烤时间为20～24h，加热升温后温度为1000～1100℃，保温时间为3～4h，继续升温后温度为1500℃，保温烧结时间为2～3h。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将废弃镁铬砖粉碎得到镁铬砖再生料，以稻壳为原料，点燃得到稻壳灰，将稻壳灰与氢氧化钠溶液混合，在氮气保护下搅拌反应得到水玻璃溶液，将水玻璃溶液用盐酸中和得到超细二氧化硅胶体，将轻烧白云石研磨过筛得到白云石粉末，经过煅烧后得到轻烧白云石料，将轻烧白云石料研磨过筛后得到白云石细粉，再将白云石细粉与去离子水混合搅拌并通入二氧化碳反应，得到反应产物，将反应产物干燥后得到水化碳酸化的白云石料，经过超细二氧化硅胶体浸泡，焙烧得到抗水化镁钙砂，最后将抗水化镁钙砂、镁铬砖再生料、71水泥、玻璃纤维、高温沥青粉、丙酮、乙酸乙酯搅拌混合后放入模具中经过低温烘烤，脱模后经高温烧结得到耐高温抗侵蚀喷补料，本发明通过水化碳酸化作用，使得镁钙砂表面游离的氧化钙转变为稳定的碳酸钙，从而在镁钙砂表面覆盖一层碳酸盐薄膜，碳酸盐薄膜可有效阻止在高温情况下，水汽侵入镁钙砂，与其内部的氧化镁和氧化钙发生水化反应，从而使喷补料具有良好的抗侵蚀功能；

（2）本发明的抗水化镁钙砂中含有的SiO₂超微粉，在常温下遇水后，会在表面形成羟基，即Si-OH键，经干燥后，脱水架桥形成了硅氧烷网络结构，同时由于其表面有大量未键合的O^2-，而O^2-很容易与MgO颗粒表面的Mg^2＋相结合，形成镁氧硅链，从而减少了与Mg^2＋结合的OH^-数量，与同时形成的H-O-Mg-O-H及氢氧硅链相比，吸附的水分子减少，每形成一个镁氧硅链即可减少一个水分子，因此通过镁氧硅链的形成可以减少水分子侵入镁钙砂内部，提升喷补料的抗水化效果，喷补料经过高压喷至炽热熔炉表面后，高温沥青粉能够立即熔化变粘，提高喷补料的附着力，减少喷补料的浪费，并提高了喷补料的粘结强度，部分贴近熔炉表面的高温沥青粉会炭化成碳单质，将铝盐中铝还原成铝析出表面后，又氧化成耐高温的氧化铝，从而使喷补料的耐高温性能提高，应用前景广阔。

具体实施方式

将废弃的镁铬砖粉碎过200目筛得到镁铬砖再生料，取600～800g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～500mL质量分数为60%氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，以200～300r/min的转速搅拌混合，得到水玻璃溶液；用200～300mL质量分数10%的盐酸调节水玻璃溶液pH值至6～7，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温至70～80℃，启动搅拌器，以200～250r/min转速搅拌，搅拌反应2～3h，得到超细二氧化硅胶体；取白云石在磨石机中研磨2～3h，研磨结束后过80目筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温至800～900℃，保温煅烧3～5h，出料，得到轻烧白云石料；将轻烧白云石料置于研钵中研磨1～2h后，过200目筛得到白云石细粉，在180～200℃条件下将白云石细粉与去离子水按质量比3︰1混合搅拌，以40～50mL/min的速率通入二氧化碳气体，反应30～45min，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，在100～110℃下干燥1～2h，得到水化碳酸化的白云石料；将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，依次升温至100～110℃、1300～1400℃下分别保温焙烧2～3h后，即可得到抗水化镁钙砂；按重量份数计，将20～30份抗水化镁钙砂、40～50份镁铬砖再生料、10～15份71水泥、8～10份玻璃纤维混合放入搅拌机中以200～300r/min的转速搅拌，向搅拌机中继续加入20～25份高温沥青粉、10～15份丙酮、20～25份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在设定温度为100～110℃的烘箱中，烘烤20～24h脱模放入马弗炉中加热升温至1000～1100℃，保温3～4h，继续升温至1500℃，保温烧结2～3h，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

实例1

将废弃的镁铬砖粉碎过200目筛得到镁铬砖再生料，取600g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400mL质量分数为60%氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，以200r/min的转速搅拌混合，得到水玻璃溶液；用200mL质量分数10%的盐酸调节水玻璃溶液pH值至6，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温至70℃，启动搅拌器，以200r/min转速搅拌，搅拌反应2h，得到超细二氧化硅胶体；取白云石在磨石机中研磨2h，研磨结束后过80目筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温至800℃，保温煅烧3h，出料，得到轻烧白云石料；将轻烧白云石料置于研钵中研磨1h后，过200目筛得到白云石细粉，在180℃条件下将白云石细粉与去离子水按质量比3︰1混合搅拌，以40mL/min的速率通入二氧化碳气体，反应30min，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，在100℃下干燥1h，得到水化碳酸化的白云石料；将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，依次升温至100℃、1300℃下分别保温焙烧2h后，即可得到抗水化镁钙砂；按重量份数计，将20份抗水化镁钙砂、40份镁铬砖再生料、10份71水泥、8份玻璃纤维混合放入搅拌机中以200r/min的转速搅拌，向搅拌机中继续加入20份高温沥青粉、10份丙酮、20份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在设定温度为100℃的烘箱中，烘烤20h脱模放入马弗炉中加热升温至1000℃，保温3h，继续升温至1500℃，保温烧结2h，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

实例2

将废弃的镁铬砖粉碎过200目筛得到镁铬砖再生料，取700g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入450mL质量分数为60%氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，以250r/min的转速搅拌混合，得到水玻璃溶液；用250mL质量分数10%的盐酸调节水玻璃溶液pH值至6.5，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温至75℃，启动搅拌器，以225r/min转速搅拌，搅拌反应2.5h，得到超细二氧化硅胶体；取白云石在磨石机中研磨2.5h，研磨结束后过80目筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温至850℃，保温煅烧4h，出料，得到轻烧白云石料；将轻烧白云石料置于研钵中研磨1.5h后，过200目筛得到白云石细粉，在190℃条件下将白云石细粉与去离子水按质量比3︰1混合搅拌，以45mL/min的速率通入二氧化碳气体，反应38min，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，在105℃下干燥1.5h，得到水化碳酸化的白云石料；将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，依次升温至105℃、1350℃下分别保温焙烧2.5h后，即可得到抗水化镁钙砂；按重量份数计，将25份抗水化镁钙砂、45份镁铬砖再生料、13份71水泥、9份玻璃纤维混合放入搅拌机中以250r/min的转速搅拌，向搅拌机中继续加入23份高温沥青粉、13份丙酮、23份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在设定温度为105℃的烘箱中，烘烤22h脱模放入马弗炉中加热升温至1050℃，保温3.5h，继续升温至1500℃，保温烧结2.5h，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

实例3

将废弃的镁铬砖粉碎过200目筛得到镁铬砖再生料，取800g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入500mL质量分数为60%氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，以300r/min的转速搅拌混合，得到水玻璃溶液；用300mL质量分数10%的盐酸调节水玻璃溶液pH值至7，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温至80℃，启动搅拌器，以250r/min转速搅拌，搅拌反应3h，得到超细二氧化硅胶体；取白云石在磨石机中研磨3h，研磨结束后过80目筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温至900℃，保温煅烧5h，出料，得到轻烧白云石料；将轻烧白云石料置于研钵中研磨2h后，过200目筛得到白云石细粉，在200℃条件下将白云石细粉与去离子水按质量比3︰1混合搅拌，以50mL/min的速率通入二氧化碳气体，反应45min，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，在110℃下干燥2h，得到水化碳酸化的白云石料；将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，依次升温至110℃、1400℃下分别保温焙烧3h后，即可得到抗水化镁钙砂；按重量份数计，将30份抗水化镁钙砂、50份镁铬砖再生料、15份71水泥、10份玻璃纤维混合放入搅拌机中以300r/min的转速搅拌，向搅拌机中继续加入25份高温沥青粉、15份丙酮、25份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在设定温度为110℃的烘箱中，烘烤24h脱模放入马弗炉中加热升温至1100℃，保温4h，继续升温至1500℃，保温烧结3h，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

对比例

以青岛市某公司生产的喷补料作为对比例

对本发明制得的耐高温抗侵蚀喷补料和对比例中的喷补料进行检测，检测结果如表1所示：

首先将实例1～3制得的喷补料和对比例喷补料分别与水搅拌混合5min，得到喷补浆料，控制水的用量为喷补料质量的7%，随后利用高压喷涂罐将喷补浆料均匀喷涂在耐火材料受损部位，控制喷涂厚度为50mm，喷涂压力为0.5MPa，待喷涂完成后，于温度为1100℃下烧结固化即可。

参照标准《不定形耐火材料分类》（GBT4513-2000）进行测试。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的耐高温抗侵蚀喷补料，使用时具有良好的高温强度、良好的体积稳定性能及优异的抗侵蚀能力，是耐火部件热态修补的理想材料。

Claims (7)

1.一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将废弃的镁铬砖粉碎过筛得到镁铬砖再生料，取600～800g稻壳，点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰装入带有搅拌器和进气口的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入400～500mL氢氧化钠溶液，在氮气保护下，启动搅拌器，搅拌混合，得到水玻璃溶液；

（2）用200～300mL盐酸调节水玻璃溶液pH值，得到中和的水玻璃溶液，将中和的水玻璃溶液放入水浴锅中，加热升温，启动搅拌器搅拌，搅拌反应，得到超细二氧化硅胶体；

（3）取白云石在磨石机中研磨，研磨结束后过筛得到白云石粉末，将白云石粉末放入煅烧炉中，加热升温，保温煅烧，出料，得到轻烧白云石料；

（4）将轻烧白云石料置于研钵中研磨后，过筛得到白云石细粉，将白云石细粉与去离子水混合搅拌，通入二氧化碳气体，反应，得到反应产物，再将反应产物置于烘箱中，干燥，得到水化碳酸化的白云石料；

（5）将水化碳酸化的白云石料完全浸入超细二氧化硅胶体中，得到包覆结构白云石料，将包覆结构白云石料放在电阻炉中，升温并保温焙烧，即可得到抗水化镁钙砂；

（6）按重量份数计，将20～30份抗水化镁钙砂、40～50份镁铬砖再生料、10～15份71水泥、8～10份玻璃纤维混合放入搅拌机中搅拌，向搅拌机中继续加入20～25份高温沥青粉、10～15份丙酮、20～25份乙酸乙酯得到预成型混合料，将预成型混合料放入模具中，在烘箱中烘烤，烘烤后脱模放入马弗炉中加热升温，保温，继续升温，保温烧结，得到耐高温抗侵蚀喷补料。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）所述的所过筛规格为200目，氢氧化钠溶液的质量分数为60%，搅拌转速为200～300r/min。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述的盐酸的质量分数10%，盐酸调节水玻璃溶液pH值为6～7，加热升温后温度为70～80℃，搅拌器转速为200～250r/min，搅拌反应时间为2～3h。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的研磨时间为2～3h，所过筛规格为80目，加热升温后为800～900℃，保温煅烧时间为3～5h。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（4）所述的研磨时间为1～2h，所过筛规格为200目，混合搅拌时温度条件为180～200℃，白云石细粉与去离子水混合质量比为3︰1，二氧化碳气体通气速率为40～50mL/min，反应时间为30～45min，干燥温度为100～110℃，干燥时间为1～2h。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（5）所述的升温并保温焙烧过程为：依次升温至100～110℃、1300～1400℃，保温焙烧时间2～3h。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温抗侵蚀喷补料的制备方法，其特征在于：

步骤（6）所述的搅拌机转速为200～300r/min，烘箱设定温度为100～110℃，烘烤时间为20～24h，加热升温后温度为1000～1100℃，保温时间为3～4h，继续升温后温度为1500℃，保温烧结时间为2～3h。