CN111269017A - 危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料及其制备方法,属于防护新材料技术领域,包括三维纤维网,填充在三维纤维网中的支撑填料,形成内衬基体,以及喷涂在内衬基体表面的功能涂层,其中,三维纤维网以氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维编织而成,支撑填料包括硅藻粉、蛭石粉、沥青粉、海泡石粉、氧化铝粉、微晶纤维素,功能涂层包括硼酸粉、碳化硅粉、氧化锆粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂。本发明的内衬材料结构致密、强度高并且耐高温和抗侵蚀性能优越。
Description
技术领域
本发明属于防护新材料技术领域,具体涉及一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料及其制备方法。
背景技术
焚烧处理是指在高温条件下,垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行化学反应,放出热量,转化成高温的燃烧气和量少而稳定的固体残渣。等离子体高温熔融技术是目前国际上公认的最行之有效且适用于大部分危险废物处理的方法,能够做到完全零排放,无填埋,因此是目前危险废物处理的主流发展方向。
在现有的等离子气化熔融炉中,熔融反应发生在1600℃,在发生熔融的过程中会产生腐蚀气体,并且气化的温度也在1200℃左右或低于1200℃,均属于高温,因此最考验气化熔融炉的是内衬材料层,既要满足耐高温还要同时满足抗侵蚀的条件。
公开号为CN201510661332.9公开了一种高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用,该高温抗腐蚀涂层材料由抗腐蚀性粉体与胶体按照1:1~1:2的重量比混合而成;其中,抗腐蚀性粉体由镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体混合而成,胶体为改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶。但是其对于普通工业窑炉所需的条件基本满足,但是对于气化熔融炉而言仍存在耐热度以及抗侵蚀性能不够,从而导致强度差,容易出现开裂和剥落的现象。
发明内容
针对以上存在的技术问题,本发明提供一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料及其制备方法。
本发明的技术方案为:一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,包括三维纤维网,填充在所述三维纤维网中的支撑填料,形成内衬基体,以及喷涂在所述内衬基体表面的功能涂层;
所述三维纤维网是采用复合纤维以三维四向编织法编织制得;以三维纤维网作为骨架,可使得支撑的内衬材料在具备耐高温、结构稳固以及质轻的优点,并可改善内衬材料的韧性,避免出现裂纹及开裂的现象;
所述支撑填料按照重量组份计包括:35-45份硅藻粉、30-40份蛭石粉、10-15份沥青粉、40-50份海泡石粉、100-150份氧化铝粉、32-36份微晶纤维素;其中,氧化铝粉、硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉均具有很好的耐高温性能,能够为功能涂层提供良好的基础支撑,沥青粉具有润滑和封堵的作用,能够在加热状态下在各个粉末间起到良好的粘合作用,增加支撑填料的致密度;微晶纤维素能够在支撑填料填充初期遇水粘结,从而将支撑填料的粉体预成型,便于后期烧结;
所述功能涂层按照重量组份计包括:10-12份硼酸粉、20-30份碳化硅粉、15-25份氧化锆粉、3-5份硼氢化钠、4-8份耐高温粘合剂。其中,硼酸粉在高温下能够与填料中的氧化铝形成硼酸铝,不仅可以与填料基体紧密结合,还具有良好的耐高温性和耐腐蚀性能;碳化硅和氧化锆形成的涂层同样具有优良的耐高温和耐腐蚀性能。耐高温粘合剂可采用S-1071耐高温无机胶,能够耐2300℃高温,可进一步增强功能涂层与基体的结合强度,硼氢化钠作为还原剂的加入能够防止耐高温粘合剂老化从而丧失性能,避免避免降低涂层与基体的结合强度。
进一步地,所述内衬材料中按照质量百分比计,所述三维纤维网占比内衬材料总质量的15-25%,所述功能涂层占比支撑材料的1-3%,余量为所述支撑填料。
进一步地,所述三维纤维网的孔隙率为85-92%,厚度为1-2cm。三维纤维网的孔隙率过低则填充的支撑填料少,导致强度不够,而孔隙率过高则会造成内衬材料的韧性降低。而当三维纤维网的厚度低于1cm时,会造成内衬材料整体强度不够,而当厚度高于2cm时则会在支撑填料时导致填充不均匀,从而会因为导热不均匀易出现裂纹等情况。
进一步地,所述复合纤维采用氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维按照纤维数量比3:1组成,且氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维在进行编织前均先进行了碱处理处理,用于去除表面杂质,提高与支撑填料的结合度。氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维均具有良好的耐高温和腐蚀性能,此外,氧化铝耐火纤维作为内衬材料的内衬骨架也能够与硼酸在高温下结合,更加牢固。
进一步地,所述支撑填料中的组份粉料粒径为200-500nm,所述功能涂层中的组份粉料粒径为2-10nm。支撑填料中的粉料粒径过小在填充过程中容易飞粉不易填充,而粒径过大则不易烧结均匀。功能涂层中的粉料粒径过小不易制备,粉料粒径过大则不易喷涂。
本发明还提供了一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料的制备方法,包括以下步骤:
S1:取所述三维纤维网先采用含有3%浓度表面活性剂水溶液进行超声清洗10min,然后采用清水冲洗至无泡,再浸泡在浓度为1-2%的氢氧化钠溶液中30min,用于去除表面杂质及对表面进行粗糙化处理;
S2:将S1步骤处理后的三维纤维网放置在模具中,并按照上述比例称取所述支撑填料并混合均匀,然后分批次铺设在三维纤维网上,并采用10-15kHz超声波振捣辅助支撑填料均匀分散在三维纤维网内;
S3:向填充有支撑填料的三维纤维网表面喷洒40-50℃温水,直至支撑填料完全浸透,温水的使用量为支撑填料总质量的20-30%,温水将支撑填料中的微晶纤维素溶解起到粘结作用,对支撑填料进行预固定,得到胚体;
S4:将S3处理后的所述胚体放入真空炉中,在1200-1300℃之间烧制6-8h,随后在800℃条件下保温2h,冷却至室温,拆除模板得到成型的基体;
S5:采用砂纸将所述基体的表面打磨平整并保持粗糙度,将所述功能涂层中的硼酸粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂混合,加入混合物同等质量的纯净水搅拌均匀,制得浆液;
将所述浆液涂覆在基体表面,通风晾置4-6h,再放入真空炉内,以3-5℃/min速率升温至400-600℃,保温2h,冷却至室温,在基体的表面形成中间连接层;硼酸在升温的过程中首先脱水变成氧化硼,然后继续升温氧化硼能够与氧化铝结合生成牢固且致密的连接层。耐高温粘合剂可采用S-1071耐高温无机胶,能够耐2300℃高温,可进一步增强功能涂层与基体的结合强度,硼氢化钠作为还原剂的加入能够防止耐高温粘合剂老化从而丧失性能,避免降低涂层与基体的结合强度。
再将所述功能涂层中的碳化硅粉、氧化锆粉成分采用低温常压等离子喷涂技术在中间连接层表面形成喷涂层,淬火,冷却至室温,即得到耐高温抗侵蚀内衬材料。在等离子喷涂作用下碳化硅、氧化锆获能成为电子激发态,与硼化合物的空穴配合,能够使得涂层更加结合更加牢固,此外,还增加了耐高温粘合剂进一步增加了涂层与基体的结合度。
作为改进,本发明还提供了另外一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料的制备方法,包括以下步骤:
A1:取所述三维纤维网先采用含有3%浓度表面活性剂水溶液进行超声清洗10min,然后采用清水冲洗至无泡,再浸泡在浓度为1-2%的氢氧化钠溶液中30min,用于去除表面杂质及对表面进行粗糙化处理;
A2:按照上述组份称取所述支撑填料中的硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉、氧化铝粉混合,并置于真空炉内,升温1800-1900℃至形成熔融体,冷却后得到熔融块,将所述熔融块采用球磨机研磨,至最终粒径为300-400nm的混合粉体;再将所述混合粉体与支撑填料中的沥青粉、微晶纤维素混合,得到填充粉体;由于支撑填料中的各成分熔点存在较大的差异,所以通过预先将硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉、氧化铝粉熔融后再研磨成粉,能够进一步提高填料烧结的均匀程度以及致密度。
A3:将A1步骤处理后的三维纤维网放置在模具中,并按照上述比例称取所述填充粉体,然后分批次铺设在三维纤维网上,并采用10-15kHz超声波振捣辅助支撑填料均匀分散在三维纤维网内;
A4:向填充有填料粉体的三维纤维网表面喷洒40-50℃温水,直至填料粉体完全浸透,温水的使用量为支撑填料总质量的20-30%,温水将填料粉体中的微晶纤维素溶解起到粘结作用,对支撑填料进行预固定,得到胚体;
A5:将A4处理后的所述胚体放入真空炉中,在1200-1300℃之间烧制6-8h,随后在800℃条件下保温2h,冷却至室温,拆除模板得到成型的基体;
A6:采用砂纸将所述基体的表面打磨平整并保持粗糙度,将所述功能涂层中的硼酸粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂混合,加入混合物同等质量的纯净水搅拌均匀,制得浆液;
将所述浆液涂覆在基体表面,通风晾置4-6h,再放入真空炉内,以3-5℃/min速率升温至400-600℃,保温2h,淬火,冷却至室温,在基体的表面形成中间连接层;
再将所述功能涂层中的碳化硅粉、氧化锆粉成分采用低温常压等离子喷涂技术在中间连接层表面形成喷涂层,冷却至室温,即得到耐高温抗侵蚀内衬材料。
进一步地,在两种制备方法中所述低温常压等离子喷涂技术的工艺参数为:等离子气体压力为3-4kgf/cm,气送粉气压力为5-6kgf/cm,送风速率为4.5g/min,等离子枪距离基体表面10-20cm,等离子枪的移动速度为100-150mm/s,喷涂厚度在0.1-0.3mm。
本发明的有益效果为:
(1)本发明首先以氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维编织成三维纤维网,并以此为骨架,在其中填充支撑填料煅烧后作为内衬基体,在支撑填料中氧化铝粉、硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉均具有很好的耐高温性能,能够为功能涂层提供良好的基础支撑,而沥青粉具有润滑和封堵的作用,能够在加热状态下在各个粉末间起到良好的粘合作用,增加支撑填料的致密度和强度。
(2)本发明在基体的表面涂覆由硼酸、硼氢化钠和耐高温粘合剂配制成的浆液,然后在高温下煅烧形成中间连接层,使得基体与碳化硅以及氧化锆等离子喷涂涂层形成更为致密的连接,防止因高温和腐蚀气体等条件造成内衬材料出现裂纹和剥落。总之,本发明的内衬材料结构致密、强度高并且耐高温和抗侵蚀性能优越。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,包括三维纤维网,填充在所述三维纤维网中的支撑填料,形成内衬基体,以及喷涂在所述内衬基体表面的功能涂层;所述三维纤维网占比内衬材料总质量的15%,所述功能涂层占比支撑材料的1%,余量为所述支撑填料。
其中,所述三维纤维网是采用复合纤维以三维四向编织法编织制得;所述复合纤维采用氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维按照纤维数量比3:1组成,且氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维在进行编织前均先进行了碱处理处理,用于去除表面杂质,提高与支撑填料的结合度。氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维均具有良好的耐高温和腐蚀性能,此外,氧化铝耐火纤维作为内衬材料的内衬骨架也能够与硼酸在高温下结合,更加牢固。以三维纤维网作为骨架,可使得支撑的内衬材料在具备耐高温、结构稳固以及质轻的优点,并可改善内衬材料的韧性,避免出现裂纹及开裂的现象;所述三维纤维网的孔隙率为90%,厚度为1.5cm。三维纤维网的孔隙率过低则填充的支撑填料少,导致强度不够,而孔隙率过高则会造成内衬材料的韧性降低。而当三维纤维网的厚度低于1cm时,会造成内衬材料整体强度不够,而当厚度高于2cm时则会在支撑填料时导致填充不均匀,从而会因为导热不均匀易出现裂纹等情况。
所述支撑填料按照重量组份计包括:40份硅藻粉、35份蛭石粉、12份沥青粉、45份海泡石粉、125份氧化铝粉、34份微晶纤维素;所述支撑填料中的组份粉料粒径为350nm,所述功能涂层中的组份粉料粒径为6nm。支撑填料中的粉料粒径过小在填充过程中容易飞粉不易填充,而粒径过大则不易烧结均匀。功能涂层中的粉料粒径过小不易制备,粉料粒径过大则不易喷涂。其中,氧化铝粉、硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉均具有很好的耐高温性能,能够为功能涂层提供良好的基础支撑,沥青粉具有润滑和封堵的作用,能够在加热状态下在各个粉末间起到良好的粘合作用,增加支撑填料的致密度;微晶纤维素能够在支撑填料填充初期遇水粘结,从而将支撑填料的粉体预成型,便于后期烧结;
所述功能涂层按照重量组份计包括:11份硼酸粉、25份碳化硅粉、20份氧化锆粉、4份硼氢化钠、6份耐高温粘合剂。其中,硼酸粉在高温下能够与填料中的氧化铝形成硼酸铝,不仅可以与填料基体紧密结合,还具有良好的耐高温性和耐腐蚀性能;碳化硅和氧化锆形成的涂层同样具有优良的耐高温和耐腐蚀性能。耐高温粘合剂可采用S-1071耐高温无机胶,能够耐2300℃高温,可进一步增强功能涂层与基体的结合强度,硼氢化钠作为还原剂的加入能够防止耐高温粘合剂老化从而丧失性能,避免避免降低涂层与基体的结合强度。
一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料的制备方法,包括以下步骤:
S1:取所述三维纤维网先采用含有3%浓度表面活性剂水溶液进行超声清洗10min,然后采用清水冲洗至无泡,再浸泡在浓度为1.5%的氢氧化钠溶液中30min,用于去除表面杂质及对表面进行粗糙化处理;
S2:将S1步骤处理后的三维纤维网放置在模具中,并按照上述比例称取所述支撑填料并混合均匀,然后分批次铺设在三维纤维网上,并采用12kHz超声波振捣辅助支撑填料均匀分散在三维纤维网内;
S3:向填充有支撑填料的三维纤维网表面喷洒45℃温水,直至支撑填料完全浸透,温水的使用量为支撑填料总质量的25%,温水将支撑填料中的微晶纤维素溶解起到粘结作用,对支撑填料进行预固定,得到胚体;
S4:将S3处理后的所述胚体放入真空炉中,在1250℃之间烧制7h,随后在800℃条件下保温2h,冷却至室温,拆除模板得到成型的基体;
S5:采用砂纸将所述基体的表面打磨平整并保持粗糙度,将所述功能涂层中的硼酸粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂混合,加入混合物同等质量的纯净水搅拌均匀,制得浆液;
将所述浆液涂覆在基体表面,通风晾置5h,再放入真空炉内,以4℃/min速率升温至600℃,保温2h,冷却至室温,在基体的表面形成中间连接层;硼酸在升温的过程中首先脱水变成氧化硼,然后继续升温氧化硼能够与氧化铝结合生成牢固且致密的连接层。耐高温粘合剂可采用S-1071耐高温无机胶,能够耐2300℃高温,可进一步增强功能涂层与基体的结合强度,硼氢化钠作为还原剂的加入能够防止耐高温粘合剂老化从而丧失性能,避免降低涂层与基体的结合强度。
再将所述功能涂层中的碳化硅粉、氧化锆粉成分采用低温常压等离子喷涂技术在中间连接层表面形成喷涂层,淬火,冷却至室温,即得到耐高温抗侵蚀内衬材料。所述低温常压等离子喷涂技术的工艺参数为:等离子气体压力为3.5kgf/cm,气送粉气压力为5.5kgf/cm,送风速率为4.5g/min,等离子枪距离基体表面15cm,等离子枪的移动速度为125mm/s,喷涂厚度在0.1mm。在等离子喷涂作用下碳化硅、氧化锆获能成为电子激发态,与硼化合物的空穴配合,能够使得涂层更加结合更加牢固,此外,还增加了耐高温粘合剂进一步增加了涂层与基体的结合度。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:所述三维纤维网占比内衬材料总质量的22%,所述功能涂层占比支撑材料的2%,涂层厚度为0.2mm,余量为所述支撑填料。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:所述三维纤维网占比内衬材料总质量的25%,所述功能涂层占比支撑材料的3%,涂层厚度为0.3mm,余量为所述支撑填料。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料的制备方法,包括以下步骤:
A1:取所述三维纤维网先采用含有3%浓度表面活性剂水溶液进行超声清洗10min,然后采用清水冲洗至无泡,再浸泡在浓度为2%的氢氧化钠溶液中30min,用于去除表面杂质及对表面进行粗糙化处理;
A2:按照上述组份称取所述支撑填料中的硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉、氧化铝粉混合,并置于真空炉内,升温1850℃至形成熔融体,冷却后得到熔融块,将所述熔融块采用球磨机研磨,至最终粒径为350nm的混合粉体;再将所述混合粉体与支撑填料中的沥青粉、微晶纤维素混合,得到填充粉体;由于支撑填料中的各成分熔点存在较大的差异,所以通过预先将硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉、氧化铝粉熔融后再研磨成粉,能够进一步提高填料烧结的均匀程度以及致密度。
A3:将A1步骤处理后的三维纤维网放置在模具中,并按照上述比例称取所述填充粉体,然后分批次铺设在三维纤维网上,并采用12kHz超声波振捣辅助支撑填料均匀分散在三维纤维网内;
A4:向填充有填料粉体的三维纤维网表面喷洒45℃温水,直至填料粉体完全浸透,温水的使用量为支撑填料总质量的25%,温水将填料粉体中的微晶纤维素溶解起到粘结作用,对支撑填料进行预固定,得到胚体;
A5:将A4处理后的所述胚体放入真空炉中,在1250℃之间烧制7h,随后在800℃条件下保温2h,冷却至室温,拆除模板得到成型的基体;
A6:采用砂纸将所述基体的表面打磨平整并保持粗糙度,将所述功能涂层中的硼酸粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂混合,加入混合物同等质量的纯净水搅拌均匀,制得浆液;
将所述浆液涂覆在基体表面,通风晾置5h,再放入真空炉内,以5℃/min速率升温至600℃,保温2h,淬火,冷却至室温,在基体的表面形成中间连接层;
再将所述功能涂层中的碳化硅粉、氧化锆粉成分采用低温常压等离子喷涂技术在中间连接层表面形成喷涂层,冷却至室温,即得到耐高温抗侵蚀内衬材料。
对比例1
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于,所述功能涂层按照重量组份计包括:25份碳化硅粉、20份氧化锆粉、4份硼氢化钠、6份耐高温粘合剂。即与实施例1相比缺少硼酸粉。
对比例2
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于,所述功能涂层按照重量组份计包括:11份硼酸粉、25份碳化硅粉、20份氧化锆粉、4份硼氢化钠。即与实施例1相比缺少耐高温粘合剂。
对比例3
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于,所述功能涂层按照重量组份计包括:11份硼酸粉、25份碳化硅粉、20份氧化锆粉、6份耐高温粘合剂。即与实施例1相比缺少硼氢化钠。
对比例4
本实施例与实施例4基本相同,不同之处在于,该填充粉体中去除沥青粉。
对照例
将CN201510661332.9公开的涂层涂覆在陶瓷纤维板表面形成内衬材料,陶瓷纤维板的厚度与实施例1中的基体相同。
实验例
1、抗拉强度测试
采用GB/T3003-2006检验方法对实施例1-4,对比例1-4以及对照例进行检测,检测结果如表1所示:
表1抗拉强度测试结果
组份 | 抗拉强度(KPa) |
实施例1 | 499 |
实施例2 | 515 |
实施例3 | 508 |
实施例4 | 550 |
对比例1 | 318 |
对比例2 | 321 |
对比例3 | 340 |
对比例4 | 446 |
对照例 | 123 |
由表1可以看出,实施例1-3相差不大均为500KPa左右,实施例4制备的内衬材料抗拉强度最高可达550KPa,说明预先将硅藻粉、蛭石粉、海泡石粉、氧化铝粉熔融后再研磨成粉,能够进一步提高填料烧结的均匀程度以及致密度。对比实施例1和对比例4可发现,为添加沥青粉的内衬材料抗拉强度有所下降,这是因为缺乏沥青粉进行填充,使得致密度下降;对比例1-3与实施例1抗拉强度相差较大,主要原因是功能涂层与基体结合度不高。
2、耐热性测试
按照GB/T17911-2006测定实施例1-4,对比例1-4以及对照例各组份内衬材料的加热永久线变化,各内衬材料自800℃至1800℃,以其加热线收缩不超过2%的温度进行分级,每级间隔50℃,分级温度均向下修约为50的整倍数,检测结果如表2所示:
表2耐热温度测试结果
组份 | 耐热温度/℃ |
实施例1 | 1750 |
实施例2 | 1750 |
实施例3 | 1750 |
实施例4 | 1800 |
对比例1 | 1350 |
对比例2 | 1500 |
对比例3 | 1600 |
对比例4 | 1700 |
对照例 | 1100 |
由表2可知,实施例4的内衬材料耐热温度最高为1800℃,实施例1-3的内衬材料温度相同均为1750℃,而对比例1-3则相对于实施例1耐热温度有明显下降,可能原因是因为在对比例1-2相比实施例1缺少硼酸粉或者耐高温粘合剂,从而降低了功能涂层与基体的结合强度,导致功能层不够稳定,则相对的耐热温度有所下降,对比例3则相对实施例1缺少硼氢化钠,则导致耐高温粘合剂的稳定性导致实施例1有所下降,因此耐热温度也同步下降。但是本发明的实施例和对比例均相对于对照例的耐热性有明显的提升。
3、耐腐蚀性测试
测试方法采用GBT1763-1979法对实施例1-4,对比例1-4以及对照例各组份内衬材料进行耐腐蚀性测试,依次用任意浓度盐酸、≤85%硫酸、≤40%硝酸、≤50%氢氧化钠交替侵蚀,然后放入300℃的烘箱中烘烤1h,测试时间为90天,检测其腐蚀情况,检测结果如表3所示:
表3耐腐蚀性测试结果
组份 | 腐蚀情况 |
实施例1 | 无变化 |
实施例2 | 无变化 |
实施例3 | 无变化 |
实施例4 | 无变化 |
对比例1 | 轻微腐蚀 |
对比例2 | 轻微腐蚀 |
对比例3 | 轻微腐蚀 |
对比例4 | 无变化 |
对照例 | 较明显腐蚀 |
由表3可知,实施例1-4以及对比例4的表面涂层在经历90天腐蚀测试后表现均良好,表面无变化,而对比例1-3的耐腐蚀性能则受到涂层与基体的结合情况的影响,腐蚀液体易于从表面裂纹渗透导致内衬材料出现不同程度的轻微腐蚀。
Claims (7)
1.一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,包括三维纤维网,填充在所述三维纤维网中的支撑填料,形成内衬基体,以及喷涂在所述内衬基体表面的功能涂层;
所述三维纤维网是采用复合纤维以三维四向编织法编织制得;
所述支撑填料按照重量组份计包括:35-45份硅藻粉、30-40份蛭石粉、10-15份沥青粉、40-50份海泡石粉、100-150份氧化铝粉、32-36份微晶纤维素;
所述功能涂层按照重量组份计包括:10-12份硼酸粉、20-30份碳化硅粉、15-25份氧化锆粉、3-5份硼氢化钠、4-8份耐高温粘合剂。
2.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,所述内衬材料中按照质量百分比计,所述三维纤维网占比内衬材料总质量的15-25%,所述功能涂层占比支撑材料的1-3%,余量为所述支撑填料。
3.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,所述三维纤维网的孔隙率为85-92%,厚度为1-2cm。
4.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,所述复合纤维采用氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维按照纤维数量比3:1组成,且氧化铝耐火纤维、高硅氧玻璃纤维在进行编织前均先进行了碱处理处理。
5.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,所述支撑填料中的组份粉料粒径为200-500nm,所述功能涂层中的组份粉料粒径为2-10nm。
6.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:取所述三维纤维网先采用含有3%浓度表面活性剂水溶液进行超声清洗10min,然后采用清水冲洗至无泡,再浸泡在浓度为1-2%的氢氧化钠溶液中30min,用于去除表面杂质及对表面进行粗糙化处理;
S2:将S1步骤处理后的三维纤维网放置在模具中,并按照上述比例称取所述支撑填料并混合均匀,然后分批次铺设在三维纤维网上,并采用10-15kHz超声波振捣辅助支撑填料均匀分散在三维纤维网内;
S3:向填充有支撑填料的三维纤维网表面喷洒40-50℃温水,直至支撑填料完全浸透,温水的使用量为支撑填料总质量的20-30%,温水将支撑填料中的微晶纤维素溶解起到粘结作用,对支撑填料进行预固定,得到胚体;
S4:将S3处理后的所述胚体放入真空炉中,在1200-1300℃之间烧制6-8h,随后在800℃条件下保温2h,冷却至室温,拆除模板得到成型的基体;
S5:采用砂纸将所述基体的表面打磨平整并保持粗糙度,将所述功能涂层中的硼酸粉、硼氢化钠、耐高温粘合剂混合,加入混合物同等质量的纯净水搅拌均匀,制得浆液;
将所述浆液涂覆在基体表面,通风晾置4-6h,再放入真空炉内,以3-5℃/min速率升温至400-600℃,保温2h,冷却至室温,在基体的表面形成中间连接层;
再将所述功能涂层中的碳化硅粉、氧化锆粉成分采用低温常压等离子喷涂技术在中间连接层表面形成喷涂层,淬火,冷却至室温,即得到耐高温抗侵蚀内衬材料。
7.如权利要求1所述的一种危废气化熔融炉专用耐高温抗侵蚀内衬材料,其特征在于,所述低温常压等离子喷涂技术的工艺参数为:等离子气体压力为3-4kgf/cm,气送粉气压力为5-6kgf/cm,送风速率为4.5g/min,等离子枪距离基体表面10-20cm,等离子枪的移动速度为100-150mm/s,喷涂厚度在0.1-0.3mm。
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