CN110606756A - 一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料及其制备方法，该耐火材料由耐火原料以及占耐火原料质量2‑3％的结合剂混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆75‑85％，二氧化硅10‑15％，氧化铝5‑10％；其中，改性氧化锆的制作过程是：将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌后在1500‑1600℃条件下保温4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5‑8％。制备过程是：按比例将各原料粉体混合，加入结合剂后高温混练，然后经冷等静压成型、干燥、烧结，即得。本发明的耐火材料提高了锆含量，提升了材料的耐侵蚀能力，同时掺杂了氧化铕作为结构助剂，提高了材料的耐压强度和抗热震性。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料及其制备方法。
背景技术
随着工业化和城镇化不断发展，工业废弃物，城市生活垃圾处理方式越发受到重视。等离子气化技术作为新兴的垃圾处理技术几乎可将垃圾100％转化为可回收的副产品，其中的有机物转化为洁净燃气，而无机物熔融成无害化的玻璃态熔渣，从而实现真正的垃圾无害化处理和资源化应用。随着等离子发生器技术的不断完善(寿命长、运行稳定)和等离子体自耗电的不断下降，利用等离子气化技术将我国城市生活垃圾转化为能源的时机已经成熟，此项技术正受到越来越多研究者的重视。但是与传统的垃圾焚烧技术相比等离子气化炉温度更高，出口烟气温度达到1300℃，这对耐材的抗热震性提出了更高的要求。
传统的黏土耐火材料仅适用于1000℃以下的操作环境与等离子火炬气化炉的操作条件不符合。高铝莫来石砖从理论_上讲是一种非常理想的耐火材料,但由于莫来石原料合成工艺的差异，造成莫来石砖的品质存在较大的差异，很难实现高抗热震、高抗蠕变和高强度性能的统一。常用的铝鋯耐火材料因为含有MgO等杂质易与SiO2形成低熔点固溶体导致，使用寿命的下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，热态强度高，并且能够耐烟气侵蚀。
本发明的另一目的是提供上述用于等离子熔融炉烟道的耐火材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，由耐火原料以及占耐火原料质量2-3％的结合剂混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆75-85％，二氧化硅10-15％，氧化铝5-10％；其中，改性氧化锆的制作过程是：将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％。
优选的，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆82％，二氧化硅12％，氧化铝6％。
优选的，所述二氧化硅、氧化铝的粒度均控制在25微米以下。
优选的，所述结合剂为缩合磷酸铝和/或硅溶胶。
本发明还提供上述用于等离子熔融炉烟道的耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒制成改性氧化锆；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％；
(2)按重量百分比分别称取改性氧化锆、二氧化硅、氧化铝各原料粉末，混合均匀，然后加入原料总质量2-3％的结合剂，混合搅拌5-10min，再高速混练15-20min；
(3)将振动成型的物料置于冷等静压机中超高压压制成型，制得湿坯；
(4)将湿坯放入干燥器内干燥；
(5)将干燥好的坯体放入电炉内烧结，烧结温度1600℃，时间10h，制得标准耐火砖。
优选的，步骤(2)中，成型压力为210Mpa。
优选的，步骤(3)中，干燥温度为100-150℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的耐火材料提高了锆含量，提升了材料的耐侵蚀能力，同时掺杂了氧化铕作为结构助剂，防止与二氧化硅结合，提高了材料的耐压强度和抗热震性；材料耐压强度高可到85.3Mpa，抗热震性(1300℃空水冷却至出现裂痕)10次以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，由耐火原料以及占耐火原料质量2％的结合剂缩合磷酸铝混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆82％，二氧化硅12％，氧化铝6％；其中，改性氧化锆的制作过程是：将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％。
制备步骤如下：
(1)将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒制成改性氧化锆；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％；
(2)按重量百分比分别称取改性氧化锆、二氧化硅、氧化铝各原料粉末，混合均匀，然后加入原料总质量2-3％的缩合磷酸铝，混合搅拌5-10min，再高速混练15-20min；
(3)将振动成型的物料置于冷等静压机中超高压压制成型，成型压力为210Mpa，制得湿坯；
(4)将湿坯放入干燥器内干燥，干燥温度为100-150℃；
(5)将干燥好的坯体放入电炉内烧结，烧结温度1600℃，时间10h，制得标准耐火砖。
实施例2
一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，由耐火原料以及占耐火原料质量2.5％的结合剂硅溶胶混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆75％，二氧化硅15％，氧化铝10％。
其制备方法同实施例1。
实施例3
一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，由耐火原料以及占耐火原料质量3％的结合剂缩合磷酸铝混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆85％，二氧化硅10％，氧化铝5％。
其制备方法同实施例1。
抗热震性测试步骤如下：
将实施例1得到的样品制成230mm*114mm*65mm长方体试样，试样在110℃温度下烘干至恒量。后放入1300℃的加热炉中，保温20min。试样急热后取出，将其浸入到5-35℃的流动水中，急剧冷却3min，后在空气中放置5min。重复上述急热，激冷过程，直至样品出现裂纹。
经过测试样品的抗热震性10次以上，与传统铝鋯耐火材料6次相比得到了极大的提升。
耐压强度测试步骤如下：
采用万能试验机对制作的浇注料进行耐压强度测试，试样在110℃干燥24h后，常温耐压强度为85.3Mpa。
Claims (7)
1.一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，其特征在于，由耐火原料以及占耐火原料质量2-3％的结合剂混合制成，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆75-85％，二氧化硅10-15％，氧化铝5-10％；其中，改性氧化锆的制作过程是：将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％。
2.根据权利要求1所述的一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，其特征在于，所述耐火原料由以下重量百分比的组分组成：改性氧化锆82％，二氧化硅12％，氧化铝6％。
3.根据权利要求1所述的一种用于等离子熔融炉烟道的耐火材料，其特征在于，所述二氧化硅、氧化铝的粒度均控制在25微米以下。
4.根据权利要求1或2所述的一种耐高温条件下灰渣侵蚀的耐火材料，其特征在于，所述粘合剂为缩合磷酸铝和/或硅溶胶。
5.一种权利要求1或2所述的用于等离子熔融炉烟道的耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化锆和碳酸镁、氧化铕混合，搅拌10分钟后在1500-1600℃条件下烧制，900℃以下时升温速率控制在15℃/h以下，900℃以上时升温速率控制在25℃/h以下，保温时间为4小时，冷却后破碎成粒径在2微米以下的微粒制成改性氧化锆；其中，氧化锆和碳酸镁的质量比为2:1，氧化铕的质量为氧化锆质量的5-8％；
(2)按重量百分比分别称取改性氧化锆、二氧化硅、氧化铝各原料粉末，混合均匀，然后加入原料总质量2-3％的结合剂，混合搅拌5-10min，再高速混练15-20min；
(3)将振动成型的物料置于冷等静压机中超高压压制成型，制得湿坯；
(4)将湿坯放入干燥器内干燥；
(5)将干燥好的坯体放入电炉内烧结，烧结温度1600℃，时间10h，制得标准耐火砖。
6.根据权利要求5所述的耐高温条件下灰渣侵蚀的耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，成型压力为210Mpa。
7.根据权利要求5所述的耐高温条件下灰渣侵蚀的耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，干燥温度为100-150℃。
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