CN114477975A - 一种高温耐火密封胶泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种高温耐火密封胶泥及其制备方法。该高温耐火密封胶泥由包括如下重量份的原料制备得到：5‑3mm的铝矾土10～20份，3‑1mm的铝矾土15～25份，1‑0mm的铝矾土15～30份，≤180目的铝矾土5～10份，≤325目的铝矾土5～10份，氧化铬粉0～10份，高铝微粉5～15份，氧化铝微粉0～10份，球黏土3～8份，磷酸二氢铝溶液7～15份，固体硫酸铝0～3份，草酸0.2～0.5份。本发明的密封胶泥材料能够有效保护膨胀缝内部纤维制品不脱落、不粉化失效，储存可达60天以上，塑性好，高温抗侵蚀性强，材料无需现场搅拌处理，直接使用，有效提高热工设备的运行稳定性。

Description

一种高温耐火密封胶泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温耐火材料技术领域，具体涉及一种高温耐火密封胶泥及其制备方法。
背景技术
CFB锅炉、垃圾焚烧炉、水泥窑、干熄焦炉等高温设备均需要耐火材料作为保护内衬，在炉窑高温运行时，由于温度差使炉衬结构产生不同程度的膨胀。为了防止膨胀对窑炉衬里结构的破坏，要考虑补偿膨胀措施。通常在设计炉衬结构时，设计单位根据计算给予补偿考虑。对于小型窑炉炉衬结构膨胀影响不大，通常依靠砖缝泥浆和空隙的压缩来补偿这部分的膨胀缝，例如回转窑，窑内耐火砖环向膨胀缝通常较小，在2mm以下。但是大型炉窑在长期高温下运行时仅以灰缝的压缩来补偿热膨胀是不够的，必须留有适当的膨胀缝来防范，例如焚烧炉侧墙和顶部墙体之间。另外，高温处理工艺是由多个功能设备组合而成，高温设备连接处，也要考虑设备不同方向上的膨胀，留设膨胀缝。这种膨胀缝有纵向膨胀缝和横向膨胀缝，膨胀缝大小为10～150mm不等。炉子各部位膨胀缝的砌筑，不允许降低砌体强度，而且要保证气体不渗漏。膨胀缝密封结构主要包括耐火材料、膨胀间隙、填充物构成。不同尺寸设备、不同连接位置，膨胀缝密封结构和膨胀缝大小有所差异。填充材料一般是耐火纤维制品，包括纤维毡或者纤维绳等。
在设备运行过程中，硅酸铝纤维制品在长期高温环境内，要经受炉内气流和介质冲刷、磨损作用，从而出现脱落的情况，尤其接触高温火焰时会出现粉化失效。膨胀缝越大，纤维制品越容易脱落、粉化失效。一旦纤维制品脱落、粉化，导致密封失效，膨胀缝暴露在烟气介质中，很快会出现漏烟、串火、炉壳钢板烧红等事故，必须紧急停炉检修处理。这种故障停炉，不仅消耗人力、物力，还严重影响了设备使用周期和运行效率。
在耐火材料行业有部分密封材料，例如高炉压入泥浆、胶泥(火泥)等。但是目前的密封材料基本是由1～0mm细粉为主，配入其它外加剂，以及不同结合剂等，一般是现场搅拌施工，然后采用涂抹、压入等方式施工。这种胶泥仅限于填充耐火砖砌筑的灰缝、耐火砖和设备间隙填充等，无法在10～150mm大膨胀缝处使用。如果直接使用浇注料或者可塑料填充膨胀缝，因为可塑料和浇注料施工后在常温养护情况下即可硬化产生强度，这使得高温设备膨胀时应力无法释放，会加大结构应力，导致设备事故。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温耐火密封胶泥及其制备方法。
第一方面，本发明提供的高温耐火密封胶泥材料，由包括如下重量份的原料制备得到：5-3mm的铝矾土10～20份，3-1mm的铝矾土15～25份，1-0mm的铝矾土15～30份，≤180目的铝矾土5～10份，≤325目的铝矾土5～10份，氧化铬粉0～10份，高铝微粉5～15份，氧化铝微粉0～10份，球黏土3～8份，磷酸二氢铝溶液7～15份，固体硫酸铝0～3份，草酸0.2～0.5份。
本发明以烧结铝矾土、三氧化二铬为主要原料，调节各组分组成、粒度及质量含量，能够有效保护膨胀缝内部纤维制品不脱落、不粉化失效。该密封胶泥材料储存可达60天以上，塑性好，高温抗侵蚀性强，且材料无需现场搅拌处理，直接使用，应用于水泥窑、CFB锅炉、垃圾焚烧炉、危险废物焚烧炉等热工设备中能够有效提高设备的运行稳定性。
为进一步改善高温耐火密封胶泥材料的各方面综合性能，本发明对原料具体成分及粒度用量等进行进一步优化，具体如下：
作为优选，所述球黏土中，Al2O3为26～30％，SiO2为54～58％，Fe2O3为1.2～1.9％，烧蚀率为10～12％；和/或，所述固体硫酸铝中，Al2O3≥15.6％，Fe≤0.7％，水不溶物≤0.2％，pH值≥3.0；和/或，所述草酸中，H2C2O4·2H2O≥96％，灼烧残渣≤0.2％。本发明采用上述球黏土、固体硫酸铝和草酸有助于密封胶泥材料的储存时间和塑性进一步提高。
进一步优选，所述磷酸二氢铝溶液由H3PO4和Al(OH)3配制而成，所述H3PO4和所述Al(OH)3的摩尔比为3～4：1。采用工业纯的H3PO4及Al(OH)3配制。本发明采用以上摩尔比的磷酸二氢铝溶液与各级铝矾土各氧化铬等原料配合使用，更有利于实现耐火密封胶泥的施工性能和高温强度特性。
进一步优选，所述铝矾土中，Al2O3≥82％，SiO2≤15％，Fe2O3≤1.5％。
进一步优选，所述氧化铬中，Cr2O3≥99％。
进一步优选，所述氧化铝微粉中，Al2O3≥99％。
进一步优选，所述高铝微粉中，Al2O3≥85％，SiO2≤13％，Fe2O3≤1.5％。
本发明中，通过采用以上成分的铝矾土、氧化铬、氧化铝微粉和高铝微粉，能够获得较高耐温性能，从而抵抗高温烟气等冲刷、侵蚀，防止脱落。
根据本发明提供的高温耐火密封胶泥，由如下重量份的原料制备得到：5-3mm的铝矾土10～13％，3-1mm的铝矾土18～22％，1-0mm铝矾土21～22％，≤180目铝矾土5～7％，≤325目铝矾土5～7％，≤5μm氧化铬粉4～5％，≤3000目高铝微粉7～12％，≤5μm氧化铝微粉1～7％，≤325目球黏土4～5％，磷酸二氢铝溶液10～11％，固体硫酸铝1.5～3％，草酸0.3～0.4％。本发明中，加入特定量及粒度的球黏土、固体硫酸铝和草酸能够同时改善耐火密封胶泥的塑性、储存时间、高温体积稳定性。通过进一步加入特定量及粒度的铝矾土、氧化铬、氧化铝微粉和高铝微粉，能够获得更高耐温性能，从而抵抗高温烟气等冲刷、侵蚀，防止脱落。
第二方面，本发明提供的高温耐火密封胶泥的制备方法，包括以下步骤：按比例将所述铝矾土、所述氧化铬粉、所述高铝微粉、所述氧化铝微粉、所述球黏土、所述固体硫酸铝和所述草酸混合，然后再加入所述磷酸二氢铝溶液，搅拌，得到所述高温耐火密封胶泥。
进一步优选，所述磷酸二氢铝溶液分两次加入，搅拌的时间为5-10min。
进一步优选，所述混合的时间为5～10min。所述混合优选在轮碾机中混合均匀。
第三方面，本发明提供的高温耐火密封胶泥的应用，所述高温耐火密封胶泥在热工设备的膨胀缝中的应用。
进一步优选，所述热工设备包括大型热工设备，优选包括CFB锅炉、焚烧炉、水泥窑、干熄焦炉、余热锅炉中的一种或多种。
进一步优选，所述膨胀缝为大膨胀缝，优选所述膨胀缝的宽度为10～150mm。所述膨胀缝为纵向膨胀缝和/或横向膨胀缝。
本发明的有益效果至少在于：本发明提供的密封胶泥材料具有可达60天以上，塑性好，高温抗侵蚀性强等特点，材料无需现场搅拌处理，直接使用。实际使用时，在膨胀缝内部填充纤维制品后，外部填充一定宽度的密封胶泥。胶泥因为在低温不硬化，随着设备升温启炉，缓慢产生强度并能保持塑性，设备升温产生膨胀会对胶泥产生压缩，释放膨胀。直至设备高温运行后，胶泥会烧结产生强度，足以抵抗烟气冲刷磨损，保护膨胀缝内部纤维制品以及膨胀缝结构完整。本发明对提高系统运转效率，降低现场施工的不可控风险，降低生产本意义重大。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明以下实例中，铝矾土中，Al2O3为83.5％，SiO2为12.8％，Fe2O3为1.4％；氧化铬中，Cr2O3为99.5％；氧化铝微粉中，Al2O3为99.9％；高铝微粉中，Al2O3为86.5％，SiO2为12.1％，Fe2O3为1.45％；球黏土中，Al2O3为28.5％，SiO2为56.4％，Fe2O3为1.8％，烧蚀率为11.5％；固体硫酸铝中，Al2O3为16.8％，Fe为0.62％，水不溶物为0.18％，pH值为3.5；草酸中，H2C2O4·2H2O为97.2％，灼烧残渣为0.1％；磷酸二氢铝溶液由摩尔比为3.5：1的工业纯H3PO4和Al(OH)3配制而成。
实施例1
将粒径5-3mm的铝矾土13％，3-1mm的铝矾土18％，1-0mm铝矾土21.5％，≤180目铝矾土7％，≤325目铝矾土5％，≤5μm氧化铬粉5％，≤3000目高铝微粉7％，≤5μm氧化铝微粉7％，≤325目球黏土5％，固体硫酸铝1.5％，草酸0.3％混合，再倒入轮碾机中混合均匀，分两次加入磷酸二氢铝溶液共10％，搅拌5-10min成可塑状态，在模具中捣打成型。本实施例材料性能检测结果见表1。
表1实施例检测结果
Figure BDA0003455579210000061
实施例2
将粒径5-3mm的铝矾土10％，3-1mm的铝矾土20％，1-0mm铝矾土22％，≤180目铝矾土7％，≤325目铝矾土5％，≤5μm氧化铬粉5％，≤3000目高铝微粉10％，≤5μm氧化铝微粉3％，≤325目球黏土4％，固体硫酸铝3％，草酸0.4％混合，再倒入轮碾机中混合均匀，分两次加入磷酸二氢铝溶液共11％，搅拌5-10min成可塑状态，在模具中捣打成型。本实施例材料性能检测结果见表2。
表2实施例检测结果
Figure BDA0003455579210000062
Figure BDA0003455579210000071
实施例3
将粒径5-3mm的铝矾土10％，3-1mm的铝矾土22％，1-0mm铝矾土21％，≤180目铝矾土7％，≤325目铝矾土5％，≤5μm氧化铬粉4％，≤3000目高铝微粉12％，≤5μm氧化铝微粉1％，≤325目球黏土5％，固体硫酸铝2％，草酸0.4％混合，然后倒入轮碾机中混合均匀，分两次加入磷酸二氢铝溶液共11％，搅拌5-10min成可塑状态，在模具中捣打成型。本实施例材料性能检测结果见表3。
表3实施例检测结果
Figure BDA0003455579210000072
对比例1
将粒径5-3mm的铝矾土8％，3-1mm的铝矾土26％，1-0mm铝矾土32％，≤180目铝矾土16％，≤325目铝矾土3％，≤5μm氧化铬粉3％，≤3000目高铝微粉11％，≤5μm氧化铝微粉4％，≤325目球黏土2％，固体硫酸铝1％，草酸0.1％混合，再倒入轮碾机中混合均匀，分两次加入磷酸二氢铝溶液共9％，搅拌5-10min成可塑状态，在模具中捣打成型。通过对比可知，球黏土、固体硫酸铝和草酸等加入量不在本发明范围内时性能差，如塑性变差，储存时间不够，这样很容易硬化，无法长期使用。本对比例材料性能检测结果见表4。
表4对比例检测结果
Figure BDA0003455579210000081
对比例2
将粒径5-3mm的铝矾土10％，3-1mm的铝矾土22％，1-0mm铝矾土22％，≤180目铝矾土7％，≤325目铝矾土5％，≤5μm氧化铬粉3％，≤3000目高铝微粉10％，≤5μm氧化铝微粉3％，≤325目球黏土9％，固体硫酸铝3％，草酸0％混合，然后倒入轮碾机中混合均匀，分两次加入磷酸二氢铝溶液共10％，搅拌5-10min成可塑状态，在模具中捣打成型。对比可知，塑性虽变好，但是高温收缩增大，材料容易脱落。而且，储存期太短。本对比例材料性能检测结果见表5。
表5对比例检测结果
Figure BDA0003455579210000082
Figure BDA0003455579210000091
以上实施例1、实施例2和实施例3制得产品的塑性、储存时间、强度和烧后线变化率等均优异。实施例2配方生产的产品在天津某焚烧厂膨胀节进行了试用，具体为余热锅炉膨胀节设备上的横向膨胀缝，缝的宽度为70mm，在膨胀缝内部填充硅酸铝纤维制品，外部填充70mm宽50mm厚的密封胶泥，自2020年10月开始使用至今，反复启、停，炉材料未脱落，很好保护了膨胀缝中纤维制品以及膨胀缝结构完整，炉墙密封良好，设备运行稳定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高温耐火密封胶泥，其特征在于，由包括如下重量份的原料制备得到：5-3mm的铝矾土10～20份，3-1mm的铝矾土15～25份，1-0mm的铝矾土15～30份，≤180目的铝矾土5～10份，≤325目的铝矾土5～10份，氧化铬粉0～10份，高铝微粉5～15份，氧化铝微粉0～10份，球黏土3～8份，磷酸二氢铝溶液7～15份，固体硫酸铝0～3份，草酸0.2～0.5份。
2.根据权利要求1所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述球黏土中，Al2O3为26～30％，SiO2为54～58％，Fe2O3为1.2～1.9％，烧蚀率为10～12％；和/或，所述固体硫酸铝中，Al2O3≥15.6％，Fe≤0.7％，水不溶物≤0.2％，pH值≥3.0；和/或，所述草酸中，H2C2O4·2H2O≥96％，灼烧残渣≤0.2％。
3.根据权利要求1或2所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述磷酸二氢铝溶液由H3PO4和Al(OH)3配制而成，所述H3PO4和所述Al(OH)3的摩尔比为3～4:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述铝矾土中，Al2O3≥82％，SiO2≤15％，Fe2O3≤1.5％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述氧化铬中，Cr2O3≥99％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述氧化铝微粉中，Al2O3≥99％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，所述高铝微粉中，Al2O3≥85％，SiO2≤13％，Fe2O3≤1.5％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高温耐火密封胶泥，其特征在于，由如下重量份的原料制备得到：5-3mm的铝矾土10～13％，3-1mm的铝矾土18～22％，1-0mm铝矾土21～22％，≤180目铝矾土5～7％，≤325目铝矾土5～7％，≤5μm氧化铬粉4～5％，≤3000目高铝微粉7～12％，≤5μm氧化铝微粉1～7％，≤325目球黏土4～5％，磷酸二氢铝溶液10～11％，固体硫酸铝1.5～3％，草酸0.3～0.4％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高温耐火密封胶泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将所述铝矾土、所述氧化铬粉、所述高铝微粉、所述氧化铝微粉、所述球黏土、所述固体硫酸铝和所述草酸混合，然后再加入所述磷酸二氢铝溶液，搅拌，得到所述高温耐火密封胶泥。
10.权利要求1-8任一项所述的高温耐火密封胶泥的应用，其特征在于，所述高温耐火密封胶泥在热工设备的膨胀缝中的应用。
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