CN110330347A - 镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺 - Google Patents

镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种镍铁回转窑高温区窑衬材料、生产工艺以及应用，一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，原料由以下重量份数组成:骨料莫来石40～45wt％、骨料刚玉5～10wt％、粉料刚玉3～8wt％、粉料莫来石20～25wt％、粉料碳化硅3～8wt％、粉料蓝晶石3～8wt％、钢纤维1～2wt％、防暴纤维0.2～0.4wt％、纯铝酸钙水泥4～6wt％、硅微粉4～6wt％；一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，包括骨料破碎、骨料筛分、粉料细磨、配料和混合。有益效果：通过微粉及超微粉结合技术，控制烧结温度，增加强度；高强耐磨，改善骨料间填充部分材料的品质，浇注料中基质与骨料能实现同步磨损；热震稳定性好，抗热冲击能力强，解决了材料内部裂纹扩张的问题。

Description

镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺。
背景技术
在镍铁行业中，广泛地应用到在圆筒形钢壳内部加装窑衬的回转加热设备，也称回转窑。回转窑回转部分一律采用钢外壳。由于设备运行中回转窑内衬要承受较高温度，内部循环物料磨损及热侵蚀，会使回转窑内衬在受到较高温度、循环热冲击、物料高温磨损及热侵蚀的破坏。致使炉衬的使用寿命普遍偏低，为了提高炉衬的使用寿命，针对回转窑内衬的使用环境发明回转窑内衬专用耐火材料。
回转窑内衬耐火材料采用不定形耐火浇注料，回窑内衬全部采用耐火浇注料浇注作内衬。跟据回转窑的实际运行情况，耐火浇注料主要承受转动窑体形变产生的巨大应力、热侵蚀、烘干物料长期磨损、温度周期性变化造成的热震损伤等破坏形式。
浇注料的高温烧结存在的主要问题是浇注料一般烧结温度在1350度以上，在回窑运行工况下，不能达到材料的最佳使用性能；高强耐磨存在的主要问题是结合强度不高，基质中材料的品质不佳；热震稳定性不好，抗热冲击能力强，回窑内衬材料在使用过程中受热冲击的作用，急冷急热及材料沿厚度方向的内应力不均，材料内部产生的裂纹会不断扩展，从而破坏材料的内部结构，降低材料的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺，本发明可以改善回转窑窑衬的使用寿命，提高稳定性和抗热冲击。
本发明的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料及其生产工艺的具体技术方案如下：
一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，包括以下重量百分比组成，
骨料：
莫来石 40～45wt％
刚玉 5～10wt％
粉料：
掺和料：
钢纤维 1～2wt％
防暴纤维 0.2～0.4wt％
结合剂：
纯铝酸钙水泥 4～6wt％
硅微粉 4～6wt％。
优选的，原料重量百分比为，
骨料：莫来石42wt％，刚玉8wt％
粉料：刚玉5wt％，莫来石23wt％，碳化硅5wt％，蓝晶石5.7wt％
掺和料：钢纤维1wt％，防暴纤维0.3wt％；
结合剂：纯铝酸钙水泥5wt％，硅微粉5wt％。
优选的，原料重量百分比为，
骨料：莫来石45wt％，刚玉5wt％；
粉料：刚玉5wt％，莫来石25wt％，碳化硅4wt％，蓝晶石4.7wt％，
掺和料：钢纤维1wt％，防暴纤维0.3wt％，
结合剂：纯铝酸钙水泥5wt％，硅微粉5wt％。
优选的，原料重量百分比为，
骨料：莫来石40wt％，刚玉10wt％，
粉料：刚玉5wt％，莫来石23wt％，碳化硅5wt％，蓝晶石5wt％，
掺和料：钢纤维1.6wt％，防暴纤维0.4wt％，
结合剂：纯铝酸钙水泥4wt％，硅微粉6wt％。
本发明的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，包括如下步骤：
(1)骨料破碎——采用颚式破碎机破碎，用于莫来石和刚玉大块料的粗碎，出产能力5～20t/h，再用辊式破碎机实施骨料的再破碎。
(2)骨料筛分——将步骤1破碎的物料按颗粒大小分成不同粒径的颗粒料，设备为固定震动斜筛，颗粒筛分的粒径和体积百分占比为：5～8mm的36～44％，3～5mm的36～44％，1～3mm的18～22％。
(3)粉料细磨——将刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石采用球磨机磨粉,粉料粒径不大于0.088mm。
(4)配料混合——按照重量比称取骨料和粉料以及掺和料及结合剂，以上原料送到强制式搅拌机内干混，然后湿混制得窑衬材料。
优选的，所述步骤(4)每次加料不超越搅拌机容量的70％。
优选的，所述原料送到强制式搅拌机内干混时间为1～2分钟。
优选的，所述步骤(4)湿混时，先加入需求水量的90％左右，进行均匀搅拌2-3分钟，后续持续加水，在加水以后再搅拌1-2分钟后即可制得浇注料。
优选的，所述步骤(4)湿混时，湿混用水选用洁净水。
优选的，所述步骤(4)湿混时，含水量的判断：取搅拌好的浇注料捏成一个严密的球团，将球团抛高约30cm，然后用手接住，球团变形而未散，表明含水量正好；如果球团变形并从手缝流出浆体，则表明含水量过多；如果球团开裂、散落，则表明含水量太少。
本发明的有益效果：
1)本发明浇注料烧结温度控制在850-1200度之间，在回窑运行中浇注料能达到最高强度，达到材料的最佳使用性能。
2)高强耐磨，通过增强结合强度及提高材料中粉料，改善骨料间填充部分材料的品质，浇注料中粉料与骨料能实现同步磨损。
3)热震稳定性好，抗热冲击能力强，本发明中浇注料的材料不同材质复合增韧，解决了材料内部裂纹扩张的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。
实施例1
原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 45wt％，
刚玉 5wt％；
粉料：
刚玉 5wt％，
莫来石 25wt％，
碳化硅 4wt％，
蓝晶石 4.7wt％，
掺和料：
钢纤维 1wt％，
防暴纤维 0.3wt％，
结合剂：
纯铝酸钙水泥 5wt％，
硅微粉 5wt％。
上述原料经莫来石和刚玉组成的骨料破碎、骨料筛分，以及由刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石组成的粉料的细磨、再经配料混合步骤，制得窑衬施工用材料。
浇注料施工时：浇注前应清除模内杂物，设置并固定好膨胀缝填充用纤维纸，将搅拌好的浇注料填入模内进行振捣；耐火浇注料在浇注施工后，进行维护，冬天维护温度在6℃，气温低于5℃时应采取保暖办法；浇注料浇注后视气温情况,冬季36h后拆摸，夏季24h后拆摸。
莫来石是一种优质的耐火原料，具有耐高温、强度高导热系数小，节能效果显著等特点，适用于石油裂解炉、冶金热风炉、陶瓷辊道窑、隧道窑、电瓷抽屉窑、玻璃坩埚窑及各种电炉的内衬，可直接接触火焰、莫来石矿被用来生产高温耐火材料。
刚玉主要用于高级研磨材料，可做磨料和耐火材料。纯度较高的为白色叫白刚玉，含有少量杂质的为棕色叫棕刚玉。
利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。利用碳化硅的耐腐蚀，抗热冲击耐磨损，导热好的特点，用于大型高炉内衬提高了使用寿命。
蓝晶石是一种耐火度高、高温体积膨胀大的天然耐火原料矿物。用来制造优良的高级耐火材料、耐火砂浆、水泥、铸造耐制品、塑料捣打混合料、耐震物品等。随着钢铁工业的发展，此类矿以耐火砖，型材等形式制造热风炉、热风塔、再热炉、均热炉等的关键部位。制造窑炉设施，还可用于各种辅助性浇注和操作设备上。加入不定形耐火材料中作高温膨胀剂，使产品在高温下不收缩和剥落。
莫来石和刚玉组成的骨料，可以增强结合强度。骨料中提高由莫来石和刚玉、碳化硅、蓝晶石磨成的粉料，可以改善骨料间填充部分材料的品质，浇注料中粉料与骨料能实现同步磨损。
钢纤维较均匀地分散于砂浆或混凝土中，并增大纤维的长径比，配制常温下应用的钢纤维混凝土，可使用低碳钢纤维；而配制耐火的钢纤维混凝土，则必须使用不锈钢纤维。砂浆或混凝土中掺加适量的钢纤维。在镍铁回转窑高温区窑衬材料使用钢纤维，可提高其抗拉、抗弯强度，可以增强本发明的韧性和抗冲击强度。
防爆纤维是以聚丙烯为原材料，通过特殊工艺制造而成的。与其它耐火材料混合均匀，成形后，进行烘烤，随着烘烤温度不断升高，并达到一定温度时这种纤维即开始软化、收缩、熔化，最后形成气孔并碳化。在镍铁回转窑高温区窑衬材料使用防爆纤维，它们在施工体内分布形成微小网络气孔，它能打开水气通道，排气、防龟裂、减轻内部应力，防止爆裂，抗拉申、耐冲击、提高整体强度。
纯铝酸钙水泥，是用高纯氧化钙和氧化铝经高温烧结而成以氧化铝的含量在70-80％左右的水硬性结合剂。由于此产品氧化铝含量较高，各种杂质成分相对较低。特别是CA相(铝酸一钙)和CA2(铝酸二钙)的合理搭配，使得此产品不仅能赋予不定形耐火材料很高的机械性能，还使其具有优异的高温表现，非常适用高温环境。具有低杂质，结合强度高，凝结时间稳定等优点。适合配制用于高温部位；主要用来配制1500-1800度甚至1800度以上的耐火浇注料，如钢包衬，透气砖，水泥窑用的高强度抗结皮抗侵蚀浇注料等。
硅微粉具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热系数高、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能，使用在高档高性能低水泥耐火浇注料及预制件，使用寿命是普通浇注料的三倍，耐火度提高约100℃，高温强度及抗热震性能都明显改善。微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。
纯铝酸钙水泥和硅微粉用作结合剂，用于将莫来石和刚玉组成的骨料，以及莫来石和刚玉、碳化硅、蓝晶石磨成的粉料，钢纤维和防爆纤维组成的掺和料的混合，成为可以施工的团料。硅微粉在纯铝酸钙水泥中的填充，便于与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。
实施例2
原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 40wt％，
刚玉 10wt％，
粉料：
刚玉 5wt％，
莫来石 23wt％，
碳化硅 5wt％，
蓝晶石 5wt％，
掺和料：
钢纤维 1.6wt％，
防暴纤维 0.4wt％，
结合剂：
纯铝酸钙水泥 4wt％，
硅微粉 6wt％。
上述原料经莫来石和刚玉组成的骨料破碎、骨料筛分，以及由刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石组成的粉料的细磨、再经配料混合步骤，制得窑衬施工用材料。
浇注料施工时：浇注前应清除模内杂物，设置并固定好膨胀缝填充用纤维纸，将搅拌好的浇注料填入模内进行振捣；耐火浇注料在浇注施工后，进行维护，冬天维护温度在6℃，气温低于5℃时应采取保暖办法；浇注料浇注后视气温情况,冬季36h后拆摸，夏季24h后拆摸。
实施例3
一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 42wt％，
刚玉 8wt％
粉料：
刚玉 5wt％，
莫来石 23wt％，
碳化硅 5wt％，
蓝晶石 5.7wt％
掺和料：
钢纤维 1wt％，
防暴纤维 0.3wt％；
结合剂：
纯铝酸钙水泥 5wt％，
硅微粉 5wt％。
上述原料经莫来石和刚玉组成的骨料破碎、骨料筛分，以及由刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石组成的粉料的细磨、再经配料混合步骤，制得窑衬施工用材料。
浇注料施工时：浇注前应清除模内杂物，设置并固定好膨胀缝填充用纤维纸，将搅拌好的浇注料填入模内进行振捣；耐火浇注料在浇注施工后，进行维护，冬天维护温度在6℃，气温低于5℃时应采取保暖办法；浇注料浇注后视气温情况,冬季36h后拆摸，夏季24h后拆摸。
以下为镍铁回转窑高温区窑衬材料在不同实施例中的理化指标表：
本发明还公开了一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，包括如下步骤：
(1)骨料破碎——采用颚式破碎机破碎，用于莫来石和刚玉大块料的粗碎，出产能力5～20t/h，再用辊式破碎机实施骨料的再破碎。
(2)骨料筛分——将步骤1破碎的物料按颗粒大小分成不同粒径的颗粒料，设备为固定震动斜筛，颗粒筛分的粒径和体积百分占比为：5～8mm的36～44％，3～5mm的36～44％，1～3mm的18～22％。
(3)粉料细磨——将刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石采用球磨机磨粉,粉料粒径不大于0.088mm。
(4)配料混合——按照重量比称取骨料和粉料以及掺和料及结合剂，以上原料送到强制式搅拌机内干混，干混时间为1～2分钟，每次加料不超越搅拌机容量的70％，然后湿混制得窑衬材料。
湿混时，先加入需求水量的90％左右，进行均匀搅拌2-3分钟，后续持续加水，在加水以后再搅拌1-2分钟后即可制得浇注料。湿混用水选用洁净水，不得运用污水、海水或含有杂质的水。
因为含水量(水灰比)的大小直接影响浇注体的质量，因而在满足施工要求的条件下，以
尽量减少用水量为宜；对于步骤(4)湿混时，含水量的判断为：取搅拌好的浇注料捏成一个严密的球团，将球团抛高约30cm，然后用手接住，球团变形而未散，表明含水量正好；如果球团变形并从手缝流出浆体，则表明含水量过多；如果球团开裂、散落，则表明含水量太少。

Claims (10)

1.一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，其特征在于，包括以下重量百分比组成，
骨料：
莫来石 40～45wt％
刚玉 5～10wt％
粉料：
掺和料：
钢纤维 1～2wt％
防暴纤维 0.2～0.4wt％
结合剂：
纯铝酸钙水泥 4～6wt％
硅微粉 4～6wt％。
2.根据权利要求1所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，其特征在于，优选原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 42wt％
刚玉 8wt％
粉料：
掺和料：
钢纤维 1wt％
防暴纤维 0.3wt％
结合剂：
纯铝酸钙水泥 5wt％
硅微粉 5wt％。
3.根据权利要求1所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，其特征在于，优选原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 45wt％
刚玉 5wt％
粉料：
掺和料：
钢纤维 1wt％
防暴纤维 0.3wt％
结合剂：
纯铝酸钙水泥 5wt％
硅微粉 5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料，其特征在于，优选原料重量百分比为，
骨料：
莫来石 40wt％
刚玉 10wt％
粉料：
掺和料：
钢纤维 1.6wt％
防暴纤维 0.4wt％
结合剂：
纯铝酸钙水泥 4wt％
硅微粉 6wt％。
5.根据权利要求1或2所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)骨料破碎——采用颚式破碎机破碎，用于莫来石和刚玉大块料的粗碎，出产能力5～20t/h，再用辊式破碎机实施骨料的再破碎；
(2)骨料筛分——将步骤1破碎的物料按颗粒大小分成不同粒径的颗粒料，设备为固定震动斜筛，颗粒筛分的粒径和体积百分占比为：5～8mm的36～44％，3～5mm的36～44％，1～3mm的18～22％，
(3)粉料细磨——将刚玉、莫来石、碳化硅、蓝晶石采用球磨机磨粉,粉料粒径不大于0.088mm；
(4)配料混合——按照重量比称取骨料和粉料以及掺和料及结合剂，以上原料送到强制式搅拌机内干混，然后湿混制得窑衬材料。
6.根据权利要求5所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，
所述步骤(4)每次加料不超越搅拌机容量的70％。
7.根据权利要求5所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，所述原料送到强制式搅拌机内干混时间为1～2分钟。
8.根据权利要求5所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，
所述步骤(4)湿混时，先加入需求水量的90％左右，进行均匀搅拌2-3分钟，后续持续加水，在加水以后再搅拌1-2分钟后即可制得浇注料。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，
所述步骤(4)湿混时，湿混用水选用洁净水。
10.根据权利要求5或6或7或8所述的一种镍铁回转窑高温区窑衬材料的生产工艺，其特征在于，
所述步骤(4)湿混时，含水量的判断：取搅拌好的浇注料捏成一个严密的球团，将球团抛高约30cm，然后用手接住，球团变形而未散，表明含水量正好；如果球团变形并从手缝流出浆体，则表明含水量过多；如果球团开裂、散落，则表明含水量太少。
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