CN112358272A - 一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，原始料组分为：焦宝石料，硅石料，叶腊石粉，含硼玻璃粉，氧化石墨烯，水溶性炭黑，无碱玻璃纤维，纳米硅灰；本发明根据施工部位来调节材料粒度配比，可采用浇注或涂抹施工，对使用温度低于100℃的强酸性腐蚀区域，采用有机树脂结合剂封闭气孔，加入纳米硅灰主要提高颗粒充填性能和提高结合强度，形成微孔结构，通过毛细微孔气压拟制酸性溶液渗透，和难润湿材料形成双重耦合机制，减少强酸性溶液对煤气回收管道的渗透和腐蚀。

Description

一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料
技术领域
本发明涉及高炉和焦炉冶炼煤气回收管道用耐火材料的技术领域，尤其涉及一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，钢铁工业迅速成长为国民经济的支柱产业。高速公路、高铁、大型水利设施及航空航天、海洋产业的快速发展，对钢铁工业绿色化生产提出了更高的要求。钢铁工业的发展和技术进步也催化了绿色焦化的发展，能源回收利用和干熄焦技术的发展极大提高传统焦炉的效率，同时也增加了材料和设备维护费用，焦炉、高炉在运行中煤气回收管道的化学腐蚀是热能利用提高的瓶颈，特别是酸性气体对管道的腐蚀程度尤为严重，制约了企业的发展。
高炉和焦炉冶炼的原料中含有硫、氯两种元素，导致这两种煤气中含有酸性气体（SiO2、SO3、HCl、H2S），煤气进入低压管道后随温度降低，就会析出冷凝水，形成高腐蚀性的强酸液体，对煤气管网及附属设备造成腐蚀，导致管道煤气泄露；不仅影响作业区的安全生产，也增大了设备维修的难度，增加了生产成本。采用喷淋洗涤塔系统，又增加水污染处理和设备费用，不能从根本上解决这一难题。
目前煤气回收管道防酸腐蚀是采用耐酸涂料喷涂或贴硅质铸石贴片，由于材料通常使用废瓷片、铸石、玻璃片或黏土熟料及叶腊石等半硅质酸性材料为主要原料，以水玻璃、磷酸二氢铝做结合剂，这些化学结合自身容易和管道钢铁发生化学反应，降低界面结合强度，导致大面积脱落。而且这些传统材料气孔率高亲水性强，酸性溶液容易渗透，腐蚀钢铁管网，造成管道耐蚀性下降；材料自身强度偏低，检修或振动时易破碎脱落，影响材料的防腐性能。同时这些材料比重较大，涂层不能太厚，制约了材料的防腐时效。另一种干法煤气回收使用喷淋塔系统，在喷淋塔中喷淋氨水等碱性材料中和酸性液体，减少酸性气体含量，降低对管网的酸性腐蚀，但设备投入较大，且需要大量的工业用水，造成污染及后续处理费用的增加，难以从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，从而解决了现有技术中煤气回收管道使用耐酸涂料喷涂或贴硅质铸石贴片来防酸腐蚀的技术缺陷。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，原始料组分为：焦宝石料，硅石料，叶腊石粉，含硼玻璃粉，氧化石墨烯，水溶性炭黑，无碱玻璃纤维，纳米硅灰；
原始料加入的重量份数为：焦宝石料，3-5mm粒度的0-35份，1-3mm粒度的10-40份，0-1mm粒度的10-25份，180目粒度的5-20份；硅石料，0-1mm粒度的0-15份；180目粒度的5-15份；叶腊石粉，0.088mm粒度的0-10份；含硼玻璃粉，≤0.1mm粒度的5-30份；氧化石墨烯，≤100nm粒度的0-3份；水溶性炭黑，﹤1000目粒度的0-5份；无碱玻璃纤维，针状，0-5份；纳米硅灰，100nm粒度的0-7份；外加剂加入量为原始料总重量的比例：水玻璃10-15%，结合剂0-35%。
其中结合剂为水性环氧树脂，酸矸固化剂或硅烷偶联剂的一种或两种以上的复合使用。
其中焦宝石料，煅烧致密，色泽均匀无异物，Al2O3≥45，Fe2O3≤1.0，体积密度≥2.55g/cm3，耐火度≥1770℃。
其中硅石料：精选硅石SiO2≥98.4%，Al2O3≤0.5%，Fe2O3≤1.0。
其中含硼玻璃：选用无碱含硼玻璃，粒度≤0.1mm，无杂质、无异物。
其中氧化石墨烯：粒度≤100nm，层数≤5层，水溶性好。
其中水溶性炭黑：C≥98%。
其中无碱玻璃纤维：针状，短切长径比≥10，长度2-3mm最优。
其中水性环氧树脂及酸性固化剂，按国标即可。
其中水玻璃：模数﹥3.0，最优3.2-3.5，为液体。
其中纳米硅灰：粒度﹤100nm，气凝胶型SiO2﹥95%。
本发明采用煅烧焦宝石、叶腊石、硅石料、含硼玻璃粉等半硅质材料为主要原料，以模数大于3.0的酸性水玻璃为结合剂，同时加入无碱玻璃纤维，无碱玻璃纤维为针状，短切长径比≥10，长度2-3mm，这样的尺寸可以对后期的成品涂层形成一个纤维增强约束机制，可以牢固地锁住涂层的原料组成，后期不发生变形，使涂层不发生酸性溶液对纤维的酸碱反应腐蚀效应，保证了材料长期增强有效。
本发明使用了和酸溶液难润湿的纳米级氧化石墨烯、炭黑及有机硅树脂及硅烷偶联剂；石墨烯具有低表面能，同时具有高的比表面积，石墨烯涂层具有与水以及液体隔离的作用，在本发明中，氧化石墨烯≤100nm粒度，已经达到纳米级，纳米颗粒已经渗入到其他颗粒料中，以及骨料的缝隙中，从而达到了隔离酸性物质的侵蚀的作用；尤其是使用的纳米硅灰是一种非常好的防水材料，纳米硅灰：粒度﹤100nm，纳米级粉体质量轻、体积大的性能既保证体积比又限制数量，不会大幅削弱结构强度同时又加大润湿角提高抗渗透性，由于这些原料的合理配合，从而提高了材料的抗渗透性能，加大材料和酸性溶液的润湿角，使润湿角大于98°以上，
本发明根据施工部位来调节材料粒度配比，可采用浇注或涂抹施工。对使用温度低于100℃的强酸性腐蚀区域，采用有机树脂结合剂封闭气孔，加入纳米硅灰主要提高颗粒充填性能和提高结合强度，形成微孔结构，通过毛细微孔气压拟制酸性溶液渗透，和难润湿材料形成双重耦合机制，减少强酸性溶液对材料渗透和腐蚀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1、应用于高炉煤气回收管网下部，耐强酸腐蚀、涂抹施工。
Figure 870480DEST_PATH_IMAGE001
实施例2、浇注施工于烟气回收管道。
Figure 91377DEST_PATH_IMAGE002
实施例3、适用于温度低于100℃，耐腐蚀严重部位，涂抹施工。
Figure 566702DEST_PATH_IMAGE003
实施例1、2和3的性能指标：
Figure 20686DEST_PATH_IMAGE004

Claims (7)

1.一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：原始料组分为：焦宝石料，硅石料，叶腊石粉，含硼玻璃粉，氧化石墨烯，水溶性炭黑，无碱玻璃纤维，纳米硅灰；原始料加入的重量份数为：焦宝石料，3-5mm粒度的0-35份，1-3mm粒度的10-40份，0-1mm粒度的10-25份，180目粒度的5-20份；硅石料，0-1mm粒度的0-15份；180目粒度的5-15份；叶腊石粉，0.088mm粒度的0-10份；含硼玻璃粉，≤0.1 mm粒度的5-30份；氧化石墨烯，≤100nm粒度的0-3份；水溶性炭黑，﹤1000目粒度的0-5份；无碱玻璃纤维，0-5份；纳米硅灰，100nm粒度的0-7份；外加剂加入量为原始料总重量的比例：水玻璃10-15%，结合剂0-35%。
2.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：含硼玻璃选用无碱含硼玻璃，粒度≤ 0.1mm，无杂质无异物。
3.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：氧化石墨烯：粒度≤100nm，层数≤5层。
4.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：无碱玻璃纤维：针状，短切长径比≥10，长度2-3mm。
5.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：纳米硅灰：粒度﹤100nm。
6.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：结合剂为水性环氧树脂，酸矸固化剂或硅烷偶联剂的一种或两种以上的复合使用。
7.根据权利要求1所述的一种煤气回收管道用耐酸陶瓷复合材料，其特征在于：对使用温度低于100℃的强酸性腐蚀区域，采用有机树脂结合剂封闭气孔，加入纳米硅灰。
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