CN111484861B - 一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其包括有效成分：作为连续相的酚醛树脂溶液；作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅；分散相，其含有硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一；其中以质量份数计量：连续相：填料：分散相为(0.347‑0.497):(0.5‑0.65):(0.003‑0.015)。此外，本发明还公开了一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其各组分质量百分配比为：作为连续相的酚醛树脂溶液：34.7‑49.7％；作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅：50‑65％；分散相：0.3‑1.5％；分散相由硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一组成。

Description

一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种材料及其制造方法，尤其涉及一种密封填充料及其制造方法。

背景技术

炼焦过程中煤在炭化室内隔绝空气被加热，经历干燥脱水、热裂解、半焦化和焦化，整个干馏过程都伴有荒煤气的产生，尤其在干馏的前期和中期荒煤气的发生量较大。

炼焦干馏过程中，如果焦炉炉体炭化室区域不严密，将造成荒煤气溢散，即日常生产过程中所说的焦炉炉体冒烟，不仅造成化产品损失，还严重影响焦炉环境，造成污染。

焦炉由硅砖和粘土砖等耐火材料采用硅火泥砌筑而成，为保证焦炉炉体严密和完整性，采用钢柱、保护板、纵横拉条和大小弹簧等护炉铁件对炉体进行保护性加固。炉体外侧分别是保护板、钢柱和大弹簧。

保护板是紧扣在焦炉燃烧室炉头上的重要护炉铁件，为一个重达数吨的大型铸件。保护板是炉头部位最终受力部件。它的作用一是保护燃烧室炉头砌砖不直接接受机械碰撞和冷空气袭击；二是传递来自钢柱上弹簧的压力，使压力均匀的分布在燃烧室炉头砌体上，不让砌体自由膨胀，以保护燃烧室炉墙在烘炉和生产过程中不被破坏，三是保护钢柱。

然而，保护板的工作环境非常恶劣，不但忍受着高温和还原性腐蚀介质(如荒煤气)的侵蚀，而且启闭炉门时，急冷急热的温差变化产生交应力，在生产过程中常发生保护板横向断裂且难以彻底更换和维修。保护板断裂后导致其密封性能下降，因而易造成荒煤气通过保护板裂缝溢出，造成炉头冒烟。

由于保护板在钢柱背面，因而，发生断裂及从断裂缝隙处产生荒煤气外溢形成炉体冒烟，目前无任何封堵手段。虽然现有技术中上存在一些耐高温的密封材料，但主要以有机树脂为主，在无机填料上仍为空白，并且有机树脂存在造价高昂、溶剂易在高温下挥发、炭化等缺陷。

基于此，期望获得一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充材料，其可以用于填充焦炉保护板断裂后的缝隙，提高焦炉保护板的密封程度，降低焦炉炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，该密封填充料可以利用焦炉炭化室炉头温度实现自固化而与保护板形成一个整体，且不侵蚀炭化室炉墙硅砖。需要说明的是，焦炉保护板裂缝是指焦炉保护板发生断裂后产生的裂缝。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其包括有效成分：

作为连续相的酚醛树脂溶液；

作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅；

分散相，其含有硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一；

其中以质量份数计量：连续相：填料：分散相为(0.347-0.497):(0.5-0.65):(0.003-0.015)。

在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，本案发明人针对保护板的环境特征以及常用材质，设计了上述的成分配比。由于本案的密封填充料应用于焦炉保护板断裂后形成的裂缝中，所选用的连续相应当具有较好的流动性和分散性，化学性质稳定，不轻易的反应，同时，连续相还应当耐高温和灼烧，基于上述考虑，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中采用酚醛树脂溶液作为连续相。

此外，选择酚醛树脂溶液作为连续相的同时，还进一步限定了其质量配比，从而保证溶液在受热而水分蒸发后，胶体粒子可以形成多孔状物质，牢固地附着在物体表面的同时，具有较好的流动性，且在一定温度下例如150℃时，固化时间短，仅需要50-80s，并且具有自烧结特性。

此外，为了保证以酚醛树脂溶液作为连续相的浆料在添加填料之后的流动性好，不易沉降，抗龟裂性、稳定性、分散性、与连续相两相融合性好，以及高温下固体残留量高，并且能形成均匀分布的多孔材料的特性，在本发明所述的技术方案中，选择氧化铝、二氧化硅粉及气相二氧化硅作为填料。

其中，选择氧化铝是因为氧化铝可以大量的加入，很大程度上提高了固体的残余率和抗龟裂性。此外，氧化铝和二氧化硅形成Al₂O₃·nSiO₂，填充在分子之间，起到提高材料连接性的作用。而气相二氧化硅具有高度的比表面积，改善颗粒间的分散性，同时提高系统的稳定性，兼顾密封作用。添加二氧化硅粉，除了可以与氧化铝形成Al₂O₃·nSiO₂，填充在分子之间，起到提高材料连接性的作用之外，还因为其熔点较纯SiO₂明显降低，可以提高自烧结能力。

另外，在本发明所述的密封填充料中添加分散相，其目的在于促进酚醛树脂溶胶和填料能均匀混合，使得其不分层，不沉降，有较好的稳定性。因此，所添加的分散相，在一些优选的实施方式中，可以磨碎成颗粒级的粉末状，使得最终获得的密封填充料具有更好的分散性，表现出更佳的耐高温和阻燃性，且化学性质稳定。而采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚的至少其中之一作为分散相添加剂，是因为硅烷偶联剂可改变SiO₂和Al₂O₃表面的官能团界面特性，有利于填料在连续相中的分散，且对密封填充料的流动性影响较小；烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚作为分散相，除了可以提高所得密封填充料的稳定性之外，对流动性的影响也较小。

需要指出的是，在本发明所述的技术方案中，分散相可以单独使用，也可以混合使用，例如硅烷偶联剂可以与烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚两种混合使用。

综上所述，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，设计其包括有效成分：作为连续相的酚醛树脂溶液；作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅；分散相，其含有硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一；其中以质量份数计量：连续相：填料：分散相为(0.347-0.497):(0.5-0.65):(0.003-0.015)，从而使得本发明所述的密封填充料封可以具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔隙，多弹性的特性。此外，本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料可以通过注浆方式填充入焦炉保护板断裂后产生的裂缝，从而提高焦炉保护板的密封程度，降低焦炉炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：

氧化铝：60-70％；

二氧化硅粉：20-30％；

气相二氧化硅： 5-15％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，当分散相含有硅烷偶联剂，还含有烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少一种时，硅烷偶联剂占分散相的质量百分配比为40-60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，酚醛树脂溶液的固含量为35-40％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，二氧化硅粉的粒度为0.1～20微米，其中粒度≤5微米的二氧化硅粉占全部二氧化硅粉的重量占比≥60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，氧化铝的粒度为0.5～20微米，其中粒度≤5微米的氧化铝占全部氧化铝的重量占比≥60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，气相二氧化硅的粒度为0.1～10微米，其中粒度≤5微米的气相二氧化硅占全部气相二氧化硅的重量占比≥80％。

上述方案中，各个填料选择亚微米级填料，是为了可以进一步保证与连续相之间的两相融合，使得其不分层，无沉淀，分散性好，同时可以提供大的比表面积，有利于低温自烧结和形成多孔状具有弹性的材料。

此外，本发明的另一目的在于提供一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，该密封填充料可以利用焦炉炭化室炉头温度实现自固化而与保护板形成一个整体，且不侵蚀炭化室炉墙硅砖。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其各组分质量百分配比为：

作为连续相的酚醛树脂溶液：34.7-49.7％；

作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅：50-65％；

分散相：0.3-1.5％；

其中，分散相由硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一组成。

在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，本案发明人针对保护板的环境特征以及常用材质，设计了上述的成分配比。由于本案的密封填充料应用于焦炉保护板发生断裂后产生的裂缝中，所选用的连续相应当具有较好的流动性和分散性，化学性质稳定，不轻易的反应，同时，连续相还应当耐高温和灼烧，基于上述考虑，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中采用酚醛树脂溶液作为连续相。

此外，选择酚醛树脂溶液作为连续相的同时，还进一步限定了其质量配比，从而保证溶液在受热而水分蒸发后，胶体粒子可以形成多孔状物质，牢固地附着在物体表面的同时，具有较好的流动性，且在一定温度下例如150℃时，固化时间短，仅需要50-80s，并且具有自烧结特性。

此外，为了保证以酚醛树脂溶液作为连续相的浆料在添加填料之后的流动性好，不易沉降，抗龟裂性、稳定性、分散性、与连续相两相融合性好，以及高温下固体残留量高，并且能形成均匀分布的多孔材料的特性，在本发明所述的技术方案中，选择氧化铝、二氧化硅粉及气相二氧化硅作为填料。

其中，选择氧化铝是因为氧化铝可以大量的加入，很大程度上提高了固体的残余率和抗龟裂性。此外，氧化铝和二氧化硅形成Al₂O₃·nSiO₂，填充在分子之间，起到提高材料连接性的作用。而气相二氧化硅具有高度的比表面积，改善颗粒间的分散性，同时提高系统的稳定性，兼顾密封作用。添加二氧化硅粉，除了可以与氧化铝形成Al₂O₃·nSiO₂，填充在分子之间，起到提高材料连接性的作用之外，还因为其熔点较纯SiO2明显降低，可以提高自烧结能力。

另外，在本发明所述的密封填充料中添加分散相，其目的在于促进酚醛树脂溶胶和填料能均匀混合，使得其不分层，不沉降，有较好的稳定性。因此，所添加的分散相，在一些优选的实施方式中，可以磨碎成颗粒级的粉末状，使得最终获得的密封填充料具有更好的分散性，表现出更佳的耐高温和阻燃性，且化学性质稳定。而采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚的至少其中之一作为分散相添加剂，是因为硅烷偶联剂可改变SiO₂和Al₂O₃表面的官能团界面特性，有利于填料在连续相中的分散，且对密封填充料的流动性影响较小；烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚作为分散相，除可以提高所得密封填充料的稳定性之外，对流动性的影响也较小。

需要指出的是，在本发明所述的技术方案中，分散相可以单独使用，也可以混合使用，例如硅烷偶联剂可以与烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚两种混合使用。

综上所述，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，设计其各组分质量百分配比为：作为连续相的酚醛树脂溶液：34.7-49.7％；作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅：50-65％；分散相：0.3-1.5％；其中，分散相由硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一组成，从而使得本发明所述的密封填充料封可以具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔隙，多弹性的特性。此外，本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料可以通过注浆方式填充入焦炉保护板断裂后产生的裂缝中，从而提高焦炉保护板的密封程度，降低焦炉炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：

氧化铝：60-70％；

二氧化硅粉：20-30％；

气相二氧化硅：5-15％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的裂缝密封填充料中，当分散相含有硅烷偶联剂，还含有烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少一种时，硅烷偶联剂占分散相的质量百分配比为40-60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，酚醛树脂溶液的固含量为35-40％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，二氧化硅粉的粒度为0.1～20微米，其中粒度≤5微米的二氧化硅粉占全部二氧化硅粉的重量占比≥60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，氧化铝的粒度为0.5～20微米，其中粒度≤5微米的氧化铝占全部氧化铝的重量占比≥60％。

进一步地，在本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料中，气相二氧化硅的粒度为0.1～10微米，其中粒度≤5微米的气相二氧化硅占全部气相二氧化硅的重量占比≥80％。

上述方案中，各个填料选择亚微米级填料，是为了可以进一步保证与连续相之间的两相融合，使得其不分层，无沉淀，分散性好，同时可以提供大的比表面积，有利于低温自烧结和形成多孔状具有弹性的材料。

另外，本发明的又一目的在于提供一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料的制造方法，通过该制造方法所得的密封填充料可以利用焦炉炭化室炉头温度实现自固化而与保护板形成一个整体，且不侵蚀炭化室炉墙硅砖。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料的制造方法，其包括步骤：

采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中一种配制成水溶液，然后按配方比例要求加入酚醛树脂溶液中；

将氧化铝粉、二氧化硅粉和气相二氧化硅按配方比例配制成填料，混合均匀后加入酚醛树脂溶液中。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中一种配制成5-15wt％水溶液。

本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料及其制造方法具有以下的优点和有益效果：

本发明所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料针对所实施的保护板的环境特征以及常用材质，以液体水性、热固性的酚醛树脂溶液作为连续相，采用亚微米氧化铝、二氧化硅粉及气相二氧化硅的无机颗粒为填料，采用硅烷偶联剂和烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚作为分散相添加剂，合成得到密封填充料。该密封填充料可以利用焦炉炭化室炉头温度实现自固化从而可以与保护板形成一个整体，且不侵蚀炭化室炉墙硅砖的密封料。

此外，所述的密封填充料既有较好的流动性，又固含量较高，且最终能够形成炭化、块体多孔材料，非常适用于焦炉保护板环境。

另外，所述的密封填充料还具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔状、多弹性的特征，可以通过注浆方式填充焦炉保护板发生断裂后产生的裂缝内，可以提高焦炉保护板的密封程度，降低焦炉炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

实施例1-6的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料采用下述步骤进行制造：

配制酚醛树脂溶液；

采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中一种配制成水溶液，上述水溶液的质量百分比可以为10％，然后按配方比例要求加入酚醛树脂溶液中；在一些其他的实施方式中，水溶液的质量百分比除了采用10％外，也可以配置为质量百分比在5-15％内的任意数值。

将氧化铝粉、二氧化硅粉和气相二氧化硅按配方比例配制成填料，混合均匀后加入酚醛树脂溶液中。

实施例1-6的密封填充料各组分质量百分配比为：

作为连续相的酚醛树脂溶液：34.7-49.7％；

作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅：50-65％；

分散相：0.3-1.5％；

其中，分散相由硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一组成。

此外，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：

氧化铝：60-70％；

二氧化硅粉：20-30％；

气相二氧化硅： 5-15％。

需要说明的是，当分散相含有硅烷偶联剂，还含有烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少一种时，硅烷偶联剂占分散相的质量百分配比为40-60％。

关于实施例1-6的密封填充料的各个组分的配比可以参见表1。

表1.

表2列出了实施例1-6的密封填充料的各个组分的其他相关参数。

表2.

使用时，采用压力注浆工具，可采用常规的硅胶枪，结合密封罐。将本案各实施例的密封填充料装入密封罐内，通过硅胶枪提供注浆压力将密封填充料压出，并注入保护板发生断裂后产生的裂缝内。

表3列出了本案各个实施例的密封填充料的性能参数。

表3.

结合表1至表3可以看出，本发明所述的用于焦炉保护板发生断裂后产生的裂缝的密封填充料针对所实施的保护板的环境特征以及常用材质，以液体水性、热固性的酚醛树脂溶液作为连续相，采用亚微米氧化铝、二氧化硅粉及气相二氧化硅的无机颗粒为填料，采用硅烷偶联剂和烷基黄酸钠或聚氧乙烯基醚作为分散相添加剂，合成得到密封填充料。该密封填充料可以利用焦炉炭化室炉头温度实现自固化从而可以与保护板形成一个整体，且不侵蚀炭化室炉墙硅砖的密封料。

此外，所述的密封填充料既有较好的流动性，又固含量较高，且最终能够形成炭化、块体多孔材料，非常适用于焦炉保护板环境。

另外，所述的密封填充料还具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔状、多弹性的特征，可以通过注浆方式填充焦炉保护板断裂后产生的裂缝内，可以提高焦炉保护板的密封程度，降低焦炉炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，其各组分质量百分配比为：

作为连续相的酚醛树脂溶液：34.7-49.7％；

作为填料的二氧化硅粉、氧化铝和气相二氧化硅：50-65％；

分散相：0.3-1.5％；

其中，所述分散相由硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中之一组成。

2.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，在所述填料中，各组分占填料的质量百分配比为：

氧化铝：60-70％；

二氧化硅粉： 20-30％；

气相二氧化硅： 5-15％。

3.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，当分散相含有硅烷偶联剂，还含有烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少一种时，所述硅烷偶联剂占分散相的质量百分配比为40-60％。

4.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，所述酚醛树脂溶液的固含量为35-40％。

5.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，所述二氧化硅粉的粒度为0.1～20微米，其中粒度≤5微米的二氧化硅粉占全部二氧化硅粉的重量占比≥60％。

6.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，所述氧化铝的粒度为0.5～20微米，其中粒度≤5微米的氧化铝占全部氧化铝的重量占比≥60％。

7.如权利要求1所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料，其特征在于，所述气相二氧化硅的粒度为0.1～10微米，其中粒度≤5微米的气相二氧化硅占全部气相二氧化硅的重量占比≥80％。

8.如1-7中任意一项所述的用于焦炉保护板裂缝的密封填充料的制造方法，其特征在于，包括步骤：

采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中一种配制成水溶液，然后按配方比例要求加入酚醛树脂溶液中；

将氧化铝粉、二氧化硅粉和气相二氧化硅按配方比例配制成填料，混合均匀后加入酚醛树脂溶液中。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，采用硅烷偶联剂、烷基黄酸钠和聚氧乙烯基醚的至少其中一种配制成5-15wt％水溶液。