CN114409418B - 一种高强度耐磨浇注料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐磨浇注料技术领域，尤其是一种高强度耐磨浇注料及其制备方法和应用，利用电解锰渣、萤石尾渣等固体废弃物作为主要原料，经补充石膏处理电解锰渣，硅微粉复合萤石尾渣的处理技术，并采用α‑氧化铝粉作为改性剂，使得电解锰渣、萤石尾渣作为主要原料来制备浇注材料时的综合性能得到增强，同时，大量利用工业固体废弃物，极大程度降低了浇注料制备成本。

Description

一种高强度耐磨浇注料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及耐磨浇注料技术领域，尤其是一种高强度耐磨浇注料及其制备方法和应用。

背景技术

不定型耐火材料具有投资少、能耗低，制备成整体衬体后的热震稳定性好、气密性好、能修补炉衬等优点，因此，与耐火砖等定型耐火材料相比，应用更为广泛。浇注料属于不定型耐火材料，主要用于高炉、热风炉、焚烧炉、水泥制备等领域，还可用于构筑加热炉内衬等整体构筑物，目前，工业上常用的耐火浇注料主要有铝酸盐浇注料、水玻璃浇注料和磷酸盐浇注料等。然而，随着现有技术中浇注料的使用，浇注料的相应缺陷也逐渐显现，例如：热震性、抗冲刷性等较差，导致使用寿命较短，且使用过程中容易出现裂纹、塌陷，热收缩变化较大，使得应用过程存在极大的安全风险；而这些缺陷均是由于浇注料存在抗冲刷性能、抗压强度、耐磨性能、抗热震性和抗剥落性较差而造成的。

鉴于此，现有技术中出现了大量关于不定型耐火材料制备的相关技术研究，例如：专利号为2010101287195公开了快干防爆耐磨浇注料，采用致密电熔刚玉、致密电熔刚玉细粉、烧结剂、超微粉、减水剂和防爆剂混合搅拌，再加入高铝水泥725#拌匀，加水等工艺制备成浇注料，实现了采用低水泥结合氧化铝-碳化硅-碳质浇注料来替代树脂，避免采用树脂时烘烤、升温而产生烟尘和有毒气体，采用超微粉、分散剂增强浇注料的流动性，提高致密性、强度，利用金属铝粉作为防爆剂添加，实现了快硬、快烘和防爆作用，使得安全防爆温度大幅度提高。

再例如：专利号为2013102928829公开含锆高强耐磨浇注料，采用棕刚玉、烧结莫来石、刚玉粉、莫来石细粉、α氧化铝、锆刚玉细粉、硅微粉、纯铝酸钙水泥和减水剂作为原料，经将刚玉粉、莫来石粉、α-氧化铝、锆刚玉细粉共磨混合，然后加入剩余的各种原料拌合均匀制备而成，采用锆刚玉细粉加入能够实现原料的均化，便于较好的烧结，利用特定的烧成温度，且氧化锆特定的加入量，实现了热膨胀率降低，结构致密，抗热震性能好，耐磨性能优异等特性。

再例如：专利号为201710438263.4公开耐磨浇注料及其制备和使用方法，采用骨料、基质、不锈钢耐热纤维，其中骨料是包含高纯低铁合成莫来石、特级碳化硅原料；基质包含高纯硅微粉、碳化硅细粉、高纯铝酸盐、活性α-氧化铝制备而成，将其应用于干熄炉冷却段下部200-700℃范围的中低温区域，使得具有较优的抗剥落、高强耐磨和热震性稳定等性能。

可见，现有技术中关于如何改善耐磨浇注料的性能，使得耐磨浇注料的抗压强度、抗剥落、热稳定性、耐磨等性能得到改善，延长耐磨浇注料的使用寿命，已经作出了大量研究；但是，在现有技术中，关于耐磨浇注料的原料大多采用的是成本较高的莫来石、刚玉等成本较高的原料制备而成，导致所得的耐磨浇注料的成本较高，而且所得耐磨浇注料的综合性能依然不理想，导致使用寿命依然偏低。

于是，现有技术中出现了关于解决耐磨浇注料原料成本，利用固体废弃物作为原料来制备，例如：专利号为2018105090642公开了循环流化床锅炉炉顶耐磨浇注料，以钛铁渣颗粒、烧结莫来石颗粒为骨料，以烧结莫来石细粉、γ-氧化铝微粉、锆英石细粉、二硼化锆微粉为基质料，先将基质料混合均匀，再加入骨料制备成混合料，然后采用铝溶胶、聚丙烯酸钠搅拌，振动成型，室温养护，制备而成，具有强度高、耐磨性能好、抗渣侵蚀性强等特点。实现了耐磨浇注料成本降低的目的。然而，该技术所得的耐磨浇注材料在常温下的耐压强度仅仅之后42-44MPa，造成抗压强度偏低，导致使用寿命大幅度缩短。

因此，本研究者基于长期以来从事浇注料研究的实践经验，充分考虑固体废弃物利用降低耐磨浇注料成本的基础上，为利用固体废弃物作为原料制备耐磨浇注料提供一种新工艺。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种高强度耐磨浇注料及其制备方法和应用。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

本发明创造的目的之一在于提供高强度耐磨浇注料，以质量百分比计为骨料55-65％，基质35-40％，改性剂2-13％的组分制备而成，其中，所述骨料以质量份计为电解锰渣20-30份，石膏0.1-1份拌合，造粒，烘烤而成；所述基质以质量百分比计为萤石尾渣细粉15-30份，硅微粉3-7份拌合而成；所述改性剂是α-氧化铝微粉。

为了使得骨料、基质和改性剂之间的配比更加合适，降低原料成本，优选，所述组分以质量百分比计为骨料60％，基质37％，改性剂3％。

为了提高石膏对电解锰渣作用而保障浇注料的综合性能，优选，所述骨料以质量份计为电解锰渣25份，石膏0.4份拌合，造粒，烘烤而成。更优选，所述骨料是将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8％制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为700-1000℃煅烧处理3-10min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3％制备成石膏粉；将石膏粉中加水，且将电解锰渣粉加入，以200r/min的搅拌速度搅拌混合至少10min，送入造粒机造粒成粒径为1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为40-60℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得。

为了增强萤石尾渣细粉中除硅成分以外的其他成分能够与硅微粉恰当的复合，增强浇注料的综合性能，优选，所述基质以质量百分比计为萤石尾渣细粉22份，硅微粉5份拌合而成。更优选，所述基质是将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3％，得到萤石尾渣细粉；将硅微粉加入到萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理至少20min，即得。

本发明创造的目的之二在于提供上述的高强度耐磨浇注料制备方法，包括以下步骤：

(1)取改性剂，向改性剂中加入1倍质量的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为80-90℃，恒温处理30min，得到混合物；

(2)取基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，浇注，振动成型，室温养护至少1d后，再采用300-500℃保温处理3-4h，即得。

为了增强浇注料浇注成型之后的综合性能得到增强，优选，所述步骤(2)是在浇筑振动成型完成后，置于室温养护2d后，采用400℃下保温处理3h。更优选，所述步骤(1)，待骨料加入完成后，持续搅拌，采用温度为90℃恒温处理30min，得到混合物。

本发明创造的目的之三在于提供上述的高强度耐磨浇注料应用于制备冶炼炉、干熄炉冷却段用的内衬材料。

与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：

(1)充分利用电解锰渣、萤石尾渣等固体废弃物作为主要原料，经补充石膏处理电解锰渣，硅微粉复合萤石尾渣的处理技术，并采用α-氧化铝粉作为改性剂，使得电解锰渣、萤石尾渣作为主要原料来制备浇注材料时的综合性能得到增强，同时，大量利用工业固体废弃物，极大程度降低了浇注料制备成本。

(2)本发明创造所得的耐磨浇注料经多次试验研究，能够充分满足冶炼炉、干熄炉冷却段用作内衬材料，且经浇注成型之后的检测试验，其结果如下表1所示：

表1本发明创造所得高强度耐磨浇注料产品的性能指标

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

骨料制备：

将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8％制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为700℃煅烧处理3min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3％制备成石膏粉；将按0.1kg石膏粉中加1kg的水，且将按20kg的电解锰渣粉加入，润湿，以200r/min的搅拌速度搅拌混合10min，送入造粒机造粒成粒径介于1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为40℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得。

基质制备：

将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3％，得到萤石尾渣细粉；将按3kg硅微粉加入到15kg萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理20min，即得。

高强度耐磨浇注料配制：

取改性剂(α-氧化铝微粉)13kg，向改性剂中加入13kg的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取55kg骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为80℃，恒温处理30min，得到混合物；

取32kg基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，调整水灰比0.36，浇注，振动成型，室温养护1d后，再采用300℃保温处理3h，即得。

实施例2

骨料制备：

将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8％制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为1000℃煅烧处理10min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3％制备成石膏粉；将按1kg石膏粉中加10kg的水，且按将30kg的电解锰渣粉加入，润湿，以200r/min的搅拌速度搅拌混合10min，送入造粒机造粒成粒径介于1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为60℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得。

基质制备：

将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3％，得到萤石尾渣细粉；将按7kg硅微粉加入到30kg萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理20min，即得。

高强度耐磨浇注料配制：

取改性剂(α-氧化铝微粉)2kg，向改性剂中加入2kg的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取65kg骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为90℃，恒温处理30min，得到混合物；

取33kg基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，调整水灰比0.28，浇注，振动成型，室温养护2d后，再采用500℃保温处理4h，即得。

实施例3

骨料制备：

将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8％制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为800℃煅烧处理8min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3％制备成石膏粉；将0.8kg石膏粉中加8kg的水，且按将24kg的电解锰渣粉加入，润湿，以200r/min的搅拌速度搅拌混合10min，送入造粒机造粒成粒径介于1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为50℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得。

基质制备：

将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3％，得到萤石尾渣细粉；将按6kg硅微粉加入到20kg萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理20min，即得。

高强度耐磨浇注料配制：

取改性剂(α-氧化铝微粉)3kg，向改性剂中加入3kg的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取60kg骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为88℃，恒温处理30min，得到混合物；

取37kg基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，调整水灰比0.32，浇注，振动成型，室温养护2d后，再采用400℃保温处理3h，即得。

实施例4

骨料制备：

将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8％制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为700℃煅烧处理8min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3％制备成石膏粉；将按0.4kg石膏粉中加4kg的水，且按将27kg的电解锰渣粉加入，润湿，以200r/min的搅拌速度搅拌混合10min，送入造粒机造粒成粒径介于1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为50℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得。

基质制备：

将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3％，得到萤石尾渣细粉；将5kg硅微粉加入到22kg萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理20min，即得。

高强度耐磨浇注料配制：

取改性剂(α-氧化铝微粉)4kg，向改性剂中加入4kg的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取按63kg骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为90℃，恒温处理30min，得到混合物；

取按33kg基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，浇注，振动成型，室温养护2d后，再采用400℃保温处理3h，即得。

实施例5

在实施例4的基础上，其他均同实施例4，在骨料制备中，不采用石膏粉加入，直接利用电解锰渣粉造粒制备而成。

实施例6

在实施例4的基础上，其他均同实施例4，在基质制备中，不添加硅微粉，以萤石尾矿渣细粉直接作为基质。

将上述实施例1-6所得的高强度耐磨浇注材料进行性能指标检测，其结果如下表2所示。

表2实施例1-6所得产品的性能指标

经表1数据可知：

(1)本发明创造经采用电解锰渣作为骨料原料，辅以石膏造粒制备成骨料，再结合基质、改性剂加入处理，经特定的工艺制备成浇注料，其抗压强度至少能够达到52MPa，且抗折强度至少能够达到11MPa，而且强度随着处理温度的变化，其将会有所增强；同时，耐磨性能得到了大幅度的改善，极大程度降低了磨损率，延长了浇注料层的使用寿命。

(2)本发明创造经硅微粉与萤石尾渣进行特定的复合配比控制，有助于增强浇注料的强度和耐磨性能，能够充分满足各炉内作内衬材料。

(3)本发明创造所得浇注料的抗热震性能优异，在采用1100℃+水冷处理时，其热震稳定性次数能够达到30多次以上，极大程度的增强了抗热震性能，延长了使用寿命，能够广泛应用于干熄炉冷却段作内衬材料；同时，在较高的温度，其强度越来越强，而且在高温环境下的耐磨损性能优异，更能够适应于各冶炼炉内作内衬材料。

本发明创造其他未尽事宜参照现有技术或者本领域技术人员所熟知的公知常识，常规技术手段加以实现，即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度耐磨浇注料，其特征在于，以质量百分比计为骨料60%，基质37%，改性剂3%的组分制备而成，其中，所述骨料以质量份计为电解锰渣25份，石膏0.4份拌合，造粒，烘烤而成；所述基质以质量百分比计为萤石尾渣细粉22份，硅微粉5份拌合而成；所述改性剂是α-氧化铝微粉；

所述骨料是将电解锰渣采用球磨机球磨，且过300目筛的筛余量＜8%制备成电解锰渣粉；再将石膏采用温度为700-1000℃煅烧处理3-10min后，球磨机球磨，且过400目筛的筛余量＜3%制备成石膏粉；将石膏粉中加水，且将电解锰渣粉加入，以200r/min的搅拌速度搅拌混合至少10min，送入造粒机造粒成粒径为1-10mm，且D50介于3-5mm的颗粒，采用温度为40-60℃恒温烘烤至颗粒恒重，即得；

所述基质是将萤石尾渣送入球磨机中球磨，且过600目筛的筛余量＜3%，得到萤石尾渣细粉；将硅微粉加入到萤石尾渣细粉中，以200r/min搅拌速度搅拌处理至少20min，即得。

2.如权利要求1所述的高强度耐磨浇注料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取改性剂，向改性剂中加入1倍质量的水，以1000r/min搅拌速度搅拌，且在搅拌过程中，取骨料加入，骨料加入时间为20min，待加入完成后，持续搅拌，且调整温度为80-90℃，恒温处理30min，得到混合物；

（2）取基质加入到混合物中搅拌均匀，得到混合料，浇注，振动成型，室温养护至少1d后，再采用300-500℃保温处理3-4h，即得。

3.如权利要求2所述高强度耐磨浇注料制备方法，其特征在于，所述步骤（2）是在浇筑振动成型完成后，置于室温养护2d后，采用400℃下保温处理3h。

4.如权利要求2所述高强度耐磨浇注料制备方法，其特征在于，所述步骤（1），待骨料加入完成后，持续搅拌，采用温度为90℃恒温处理30min，得到混合物。

5.如权利要求1所述的高强度耐磨浇注料应用于制备冶炼炉、干熄炉冷却段用的内衬材料。