CN108895841B - 一种耐磨扬料砖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料领域，公开了一种用于回转窑物料预热及单筒冷却机用耐磨扬料砖及其制造方法。该扬料砖由轻质保温材料、重质耐火材料和SiC陶瓷耐磨层组成，在杨料砖内部安装有钢制骨架；SiC陶瓷耐磨层覆盖在扬料工作段表面，在重质耐火材料内掺加有不锈钢纤维。钢制骨架和不锈钢纤维增加了扬料砖的抗冲击和抗热震的能力，重质耐火材料与SiC陶瓷耐磨层的接合面采用锚固钉加强。该耐火扬料砖经烧制，陶瓷耐磨层增强了抗磨能力，使用过程中不发生断裂现象，寿命增加3倍以上，大大减少了维修停机更换次数，使得生产可以连续进行，降低了维修成本和生产成本。

Description

一种耐磨扬料砖及其制造方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，特别是涉及一种回转窑或单筒冷却机用耐火扬料砖及其制造方法。

背景技术

在回转窑煅烧过烧石灰石或白云石生产石灰过程中，窑尾预热段进窑堆积的石灰石或白云石物料受到高温烟气辐射和对流作用而得到加热，由于物料堆积，其传热效率较低，故需设置扬料装置（如扬料板、扬料勺等），在回转窑内砌筑后构成扬料带，通过回转窑的回转，扬料装置将石灰石或白云石物料带起到高处并洒落，增加物料与高温烟气的接触表面积，使得石灰石或白云石物料与窑内高温烟气充分接触，从而强化传热，获得满意的预热效果。

由于回转窑窑尾高温烟气温度较高（约900℃），采用耐热钢制作的扬料板、扬料勺受石灰石或白云石等物料磨蚀很快失效。耐热钢在高温状态下，通过表面形成一层致密的金属氧化物，阻止内部金属与氧气的反应起到耐热防腐作用，但由于石灰石或白云石的磨损作用，使得致密的防氧化层被破坏，内部金属继续氧化，所以这些扬料板、扬料勺的使用寿命较低。

耐火材料制造的扬料砖受热震影响，及在石灰石或白云石物料的冲击作用下易于断裂，而且扬料砖不耐受石灰石或白云石物料的摩擦作用，所以扬料砖使用寿命无法满足使用要求。

单筒冷却机中的扬料砖与煅烧回转窑的扬料砖作用一样，也是起到扬料作用，增加物料与气体接触的表面积，只不过煅烧回转窑是预热升温，单筒冷却机是高温炉料降温而已。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种复合型耐磨扬料砖，抗热震和抗冲击性能良好，耐磨性能及保温性能好，使用寿命长。

本发明采取的技术方案是：

耐磨扬料砖由轻质保温材料、重质耐火材料和SiC陶瓷耐磨层复合组成，在扬料砖内部安装有钢制骨架；轻质保温材料位于耐磨扬料砖的非工作端，与工作端的重质耐火材料通过V形槽镶嵌在一起，有助于增加两者的结合表面积，增加结合力，提高使用寿命，防止断裂。在重质耐火材料内掺加有不锈钢纤维，以增加抗热震性能。所述SiC陶瓷耐磨层覆盖在重质耐火材料的扬料工作段的上下表面，为增加SiC陶瓷耐磨层与重质耐火材料的结合力，除了采用不锈钢纤维外，还采取了刮毛重质耐火材料表面和植入蛇形锚固钉的措施，。所述钢制骨架形状为两个三角形组成的方形，贯穿保温材料和耐火材料。

进一步，所述钢制骨架采用特种耐热钢材料制做，该耐热钢在高温900℃左右保持一定的强度，且具有一定的抗高温氧化能力。

进一步，考虑SiC陶瓷耐磨层的成型、烧结和使用寿命，陶瓷耐磨层的厚度为10～15mm。

为获得上述耐磨扬料砖，其制造方法包括：1）预成型：在模具内放置V型挡片、钢制骨架和下垫板；所述V型挡片的下半部与钢制骨架相对应的位置设计有三个长条形开口；在所述V型挡片两侧分别逐层加入轻质浇注料和重质浇注料，每层加入厚度约20-40mm，用捣打头捣打，钢制骨架上移至扬料砖厚度的1/2；继续加入浇注料捣打，直至加满，缓慢取出V型挡片；放置上垫板，用液压机上模将浇注料压实成坯料。所述预成型压强不大于100MPa，低压预成型便于操作。2）高压成型：将上垫板和下垫板取出，将该位置的坯料表面刮毛处理，并插入锚固钉；在下垫板的位置加入SiC耐火骨料，将坯料放入模具；上垫板的位置加入SiC耐火骨料，用液压机上模和液压机下模将坯料压实成毛坯。所述成型压强不小于150MPa，高压成型便于烧制。3）烧制：毛坯经晾晒或烘干后进行烧制，烧制温度为1600℃±50℃，烧制窑内宜采用氧化性气氛。

进一步，为保证陶瓷耐磨层与耐火材料的连接强度，所述锚固钉插入坯料表面时，外露6-10mm。

本发明取得的技术进步是：

该扬料砖轻质保温材料、重质耐火材料和SiC陶瓷耐磨层结合强度高，抗热震和抗冲击性能好，同时抗磨损，使用寿命增加3倍以上，大大减少了维修停机更换次数，使得生产可以连续进行，降低了维修成本和生产成本，提高了生产效益。该扬料砖通过扬料的方式强化了回转窑或冷却机内物料与气流的换热，提高了对物料的换热效果，达到节能降耗目的。

附图说明

图1为实施例1立体结构示意图；

图2为实施例1主视结构剖视图；

图3为实施例1俯视结构剖视图；

图4为实施例1制作加料过程主视示意图；

图5为实施例1制作俯视示意图；

图6为实施例1制作预成型示意图；

图7为实施例1高压成型示意图；

图8为实施例1安装结构示意图；

图9为实施例1使用过程示意图；

图10为实施例2立体结构示意图；

其中：1—轻质保温材料、2—重质耐火材料、3—SiC陶瓷耐磨层、4—钢制骨架、5—扬料砖、6-标准耐火砖、7-物料、21-轻质浇注料、22-模具、23-V型挡片、24-捣打头、25-下垫板、26-重质浇注料、27-工作台、28-上垫板、29-液压机上模、30-液压机下模、31-锚固钉、32-SiC耐火骨料。

具体实施方式

实施例1。

图1为本实施例的立体结构示意图，为楔形结构，大头部分为轻质保温材料1，中间及小头部分为重质耐火材料2，在重质耐火材料2上覆盖一层SiC陶瓷耐磨层3。

图2为本实施例主视结构剖视图，图3为本实施例俯视结构剖视图，耐磨扬料砖长度459mm，宽度300mm，大头厚度194mm，小头厚度120mm，SiC陶瓷耐磨层覆盖长度245mm，覆盖层厚度为10-15mm。钢制骨架4为方形，放置在扬料砖的内部，尺寸约为370×210mm，对角线焊接一根加强筋，将方形分成两个三角形，有利于加强钢制骨架4。钢制骨架4采用特种耐热钢材料制作，该耐热钢在高温900℃左右保持一定的强度，且具有一定的抗高温氧化能力，其主要作用是提高扬料砖的抗冲击能力。

轻质保温材料1和重质耐火材料2的接触面为V型槽，一是增加两者的接触面的面积，二是防止两种材料的剥离，起到一体连接的作用。

轻质保温材料1和重质耐火材料2的主要成分为氧化铝，轻质保温材料1的材料配比及材料特性为：氧化铝含量≥45%，氧化铁含量≤2%，体积密度1.0t/m³，常温耐压强度≥6MPa，平均温度350±10℃导热系数≤0.5（V/m*k）。重质耐火材料2的材料配比及材料特性为：氧化铝含量≥60～75%，氧化铁含量≤2%，体积密度2.55t/m³，显气孔率≤20%，常温耐压强度≥60MPa，0.2MPa荷重软化温度≥1500℃，高温抗折强度≥4MPa，耐火度≥1750℃。SiC陶瓷耐磨层3的材料配比及材料特性为：SiC含量≥75%，氧化铁含量≤2%，体积密度2.4t/m³，0.2MPa荷重软化温度≥1500℃，常温耐压强度≥55Mpa。

本耐磨扬料砖制作时需要使用模具成型，包括预成型和高压成型两个步骤。如附图4和附图5所示，将模具22放置在工作台27上，在模具22内部放置好V型挡片23、钢制骨架4和下垫板25。在V型挡片23的下半部与钢制骨架4相对应的位置设计有三个长条形开口，以便于放置钢制骨架4和V型挡片23的取出。在V型挡片23两侧分别逐层加入轻质浇注料21和重质浇注料26，轻质浇注料和重质浇注料预先混合均匀，浇注料颗粒配比一般采用3～5mm的临界颗粒，粗颗粒50～60%，中颗粒10～15%，细粉35～40%。重质浇注料预混时按照比例加入适当长度和直径的不锈钢纤维，混合均匀。不锈钢纤维的作用主要是提高扬料砖的抗热震性能，避免扬料砖产生细小裂纹，提高扬料砖的使用寿命。轻质浇注料21和重质浇注料26每层加入适当厚度，以20-40mm最佳，用捣打头24捣打，使得钢制骨架4逐渐上移至扬料砖的中间，此时，钢制骨架4上移开口的顶部，约为耐磨扬料砖厚度的1/2。继续加入浇注料捣打，直至模具加满，缓慢取出V型挡片23。如附图6所示，放置上垫板28，用液压机上模29将浇注料压实成为坯料，压实压强不大于100MPa，该阶段为预成型阶段。

打开模具22，取出坯料，将上垫板28和下垫板25取出，将该位置的坯料表面进行刮毛处理，并插入小型蛇形锚固钉31，如图7所示，锚固钉31外露约6-10mm。在下垫板25的位置加入SiC耐火骨料32，其厚度为下垫板25的厚度，必要时可由液压机下模30上下移动调整。重新将毛坯放入模具，上垫板28的位置同样加入SiC耐火骨料32。为保证压实后SiC耐火骨料32的厚度，通常上垫板28和下垫板25的厚度要比压实后SiC耐火骨料32的厚度大。然后用液压机上模29和下模30将坯料压实成毛坯，压实压强不小于150MPa，该阶段为高压成型阶段。

将高压成型的毛坯从模具22中取出，经过晾晒或烘干后，分层装入台车式煅烧窑进行烧制。扬料砖为异形非标砖，由三种耐火材质组成，其烧结温度较高，烧制温度约为1600℃±50℃，窑内采用氧化性气氛进行煅烧，需单独烧制，尽亮不与其它耐火砖混合入窑煅烧烧结。窑内200℃以下时，主要是坯体内残余水分的排除；400℃～650℃，铝矾土（α-Al₂O₃*H₂O）及偏高岭石（Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O）开始分解，脱去内部结晶水；950℃以上时，偏高岭石分解转化为莫来石（3Al₂O₃*2SiO₂）和游离SiO₂；1250℃～1500℃，熟料中的α-Al₂O₃与游离SiO2结合生成二次莫来石；1500℃以上时，砖体内的二次莫来石化完成，进入重结晶阶段，莫来石和刚玉晶体发育长大，气孔收缩和消失，砖坯料块逐渐趋于烧结致密而成型。烧结完成的高铝耐火砖中唯一高温稳定晶相是莫来石。同时SiC耐火骨料层烧结成光滑高硬度的SiC陶瓷层。由于本扬料砖的煅烧温度范围较窄，故煅烧时须严格按照煅烧工艺要求及煅烧温度曲线要求进行升温、保温及降温操作。

本实施例应用于回转窑的入窑物料预热段，耐磨扬料砖5在回转窑中的安装结构见附图8，使用扬料过程见附图9。两个附图重点在于说明扬料砖的安装使用及扬料工作段的上下表面。耐磨扬料砖5为楔形砖结构，在回转窑内与标准耐火砖6一同砌筑，采用同样的砌筑方法，使用耐火胶泥为粘合剂周向砌筑，沿筒体内壁砌筑成拱圈式。耐磨扬料砖5均布在回转窑内表面上构成均布的扬料带，并呈轴向分段交错布置。砌筑施工工艺简单，砌筑质量可靠。回转窑的回转可使耐磨扬料砖5将物料7带起到高处并洒落，使得物料7在下落过程中，其表面与窑内烟气充分接触，强化物料7与高温烟气的换热。

实施例2。

本实施例的形状为规则的方形结构。与实施例1相比，除外形和尺寸有所区别外（因设备内径不同而导致的砖体楔度不同），其他结构基本一致。

本实施例应用于单筒冷却机的物料降温段，砌筑安装方法与实施例1基本相同，由于该耐火扬料砖耐高温性能好，也可应用于单筒冷却机高温段耐材的砌筑。

本发明的有益效果主要是：

1）该扬料砖轻质保温材料、重质耐火材料和SiC陶瓷耐磨层结合强度高，使用过程中不发生分层断裂现象，满足使用要求；

2）该扬料砖的轻质保温材料热导率系数小，≤0.5（V/m*k），起到良好的保温效果，有利于充分利用余热和余热的回收；

3）该扬料砖砖体内部的钢制骨架和不锈钢纤维增加了扬料砖的抗冲击和抗热震的能力，提高了扬料砖的使用寿命；

4）该扬料砖杨料工作表面覆盖一定厚度的、光滑高硬度的SiC耐磨陶瓷层，该耐磨陶瓷层是一种抗氧化的高硬度耐磨材料，使得扬料砖的耐磨性得到极大的提高。提升了扬料砖的耐物料冲刷磨损性能，大大延长了扬料砖的抗磨使用寿命；

5）该扬料砖通过扬料的方式强化了回转窑或冷却机内物料与气流的换热，提高了对物料的换热效果，达到节能降耗目标。

该扬料砖抗热震和抗冲击性能好，同时抗磨损，使用寿命增加3-5倍，大大减少了维修停机更换次数，使得生产可以连续进行，降低了维修成本和生产成本，提高了生产效益。

Claims (2)

1.一种耐磨扬料砖的制造方法，其特征在于：

所述耐磨扬料砖由轻质保温材料（1）、重质耐火材料（2）和SiC陶瓷耐磨层（3）复合组成；在该耐磨扬料砖内部安装有钢制骨架（4）；所述轻质保温材料（1）位于非工作端，与工作端的重质耐火材料（2）通过V形槽镶嵌在一起，在所述重质耐火材料（2）内掺加有不锈钢纤维；所述SiC陶瓷耐磨层（3）覆盖在重质耐火材料（2）的扬料工作表面，与所述重质耐火材料（2）的接合面采用不锈钢纤维和锚固钉连接；所述钢制骨架（4）形状为两个三角形组成的方形，贯穿轻质保温材料（1）和重质耐火材料（2）；

所述耐磨扬料砖的制造方法包括：

1）预成型：在模具（22）内放置V型挡片（23）、钢制骨架（4）和下垫板（25）；所述V型挡片（23）的下半部与钢制骨架（4）相对应的位置设计有三个长条形开口；在所述V型挡片（23）两侧分别逐层加入轻质浇注料（21）和重质浇注料（26），每层加入20-40mm厚，用捣打头（24）捣打，钢制骨架（4）上移至扬料砖厚度的1/2；继续加入浇注料捣打，直至加满，缓慢取出V型挡片（23）；放置上垫板（28），用液压机上模（29）将浇注料压实成坯料，所述预成型压强不大于100MPa；

2）高压成型：将上垫板（28）和下垫板（25）取出，将该位置的坯料表面刮毛处理，并插入锚固钉（31）；在下垫板（25）的位置加入SiC耐火骨料（32），将坯料放入模具（22）；上垫板（28）的位置加入SiC耐火骨料（32），用液压机上模（29）和液压机下模（30）将坯料压实成毛坯，所述高压成型压强不小于150MPa；

3）烧制：毛坯经晾晒或烘干后进行烧制，烧制温度为1600℃±50℃。

2.根据权利要求1所述的耐磨扬料砖的制造方法，其特征在于：步骤2）所述锚固钉（31）插入坯料表面时，外露6-10mm。