CN115745633B - 一种堇青石-莫来石喷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种堇青石‑莫来石喷涂料及其制备方法。所述堇青石‑莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：1～3mm堇青石30~40份、0～1mm莫来石28~38份、SiO₂微粉10~15份、α‑Al₂O₃微粉5~11份、电熔铝酸钙水泥细粉6~10份、添加剂1~3份、防爆剂0.2~0.8份、粘结剂5~10份。本发明制备的喷涂料具有耐磨性能好、耐火温度高、抗热震性能优异等特点，使用时无需安装模板支撑，施工工期短，成本低，施工方便。该喷涂料用于窑头罩产品上整体性能好，养护时间短，维修速度快，特别适应于窑头罩不规则、复杂、狭小等部位的施工，预期使用寿命超过两年。

Description

一种堇青石-莫来石喷涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种堇青石-莫来石喷涂料及其制备方法。

背景技术

随着水泥生产工艺技术的不断更新和进步，水泥窑单条生产线向大型化方向发展，新型干法水泥窑的窑头罩为拱形结构，其内衬受耐磨、冷热突变频繁和热震的多重作用，容易过早脱落，这造成了生产不能正常进行，迫使窑炉停产检修甚至需要大修，生产成本大大增加。目前，常用的有三种修复方式：浇注料修复、砌筑修复以及喷涂料修复；采用浇注修复的施工工艺周期长，采用砌筑修复的施工整体性不足，而且浇注料和预制件在窑头罩上使用寿命普遍在一年左右，需要定期进行维修更换。因此，喷涂料对工业窑炉进行修补成了必然趋势，这种材料的研制与应用不仅能够作为修复材料延长窑炉使用寿命、降低耐火材料的消耗、加快施工进度、缩短维护时间，同时也可以担任直接成型制作新炉衬衬体的作用，是极具发展前途的良好材料，受到国内外的普遍重视。

喷涂料是由细粉、外加剂、结合剂以及不同尺寸的颗粒骨料组成，借助管道内压缩空气或机械压力进行喷涂的一种不定形耐火材料。它既可以在冷态下用于构筑和修补炉衬以及涂覆成保护层，更宜用在热态下修补炉衬；制备简便且不需要经过烧成步骤，喷涂施工也无需支设模板。常用的喷涂料有焦宝石基喷涂料、矾土基喷涂料、刚玉质喷涂料、镁质喷涂料、镁钙质喷涂料、镁碳质喷涂料以及莫来石基喷涂料等。其中，碳化硅由于具有熔点高、高温硬度高、抗蠕变、硬度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化、高热导、高电导和优异热稳定性好等优点，成为最有价值的高温结构材料。如申请号为202010848396.0的发明专利公开了一种喷煤管用干式喷涂料，包含以下各组分及重量份：红柱石18～27份，碳化硅颗粒40～57份，碳化硅粉8～15份，氧化铝粉10～15份，磷酸二氢铝干粉4～8份，软质黏土3～6份， 铝酸钙水泥1～2份，木质素磺酸钙1～2份，金属铝粉0.005～0.01份。该申请制备的喷涂料虽然具有较好的综合性能，但是原料中使用了大量的碳化硅，材料成本较高，限制了其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堇青石-莫来石喷涂料及其制备方法。本发明在现有喷涂料应用技术的基础上，根据窑头罩的工况条件，选用适合窑头罩使用条件的堇青石和莫来石作为为主要原料，合理选择超微粉、添加剂和防爆剂等其他原料，制备的喷涂料具有耐磨性能好、耐火温度高、抗热震性能优异等特点，使用时无需安装模板支撑，施工工期短，成本低，施工方便。

具体技术方案如下：

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石30~40份、0～1mm莫来石28~38份、SiO₂微粉10~15份、α-Al₂O₃微粉5~11份、电熔铝酸钙水泥细粉6~10份、添加剂1~3份、防爆剂0.2~0.8份、粘结剂5~10份。

上述技术方案中，堇青石晶体结构中离子排列不紧密，晶格中空隙大，热膨胀呈各向异性，具有较低而均匀的热膨胀系数，能够抵消因烧结而产生的微裂纹，使喷涂料保持致密性；莫来石晶体结构呈相互交错的网络状，能够为喷涂料提供高温强度；本发明以1～3mm堇青石和0～1mm莫来石作为骨料，有利于提升喷涂料的耐火、耐磨以及抗热震等性能。

作为上述技术方案的优选，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；所述α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%。

作为上述技术方案的优选，所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

作为上述技术方案的优选，所述添加剂为碳化硼、金属铝粉或单质硅粉中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，所述添加剂为碳化硼。

上述技术方案中，将碳化硼作为添加剂，主要是碳化硼能够在较低温度下氧化产生少量液相，促进喷涂料的烧结，促使涂层组织结构及其表面更加致密化，对提高喷涂料的中温强度有利。

作为上述技术方案的优选，所述防爆剂为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维中的任意一种。

上述技术方案中，在喷涂料中添加少量低熔点有机纤维作为防爆剂使用，喷涂料在受热后纤维会迅速收缩、熔融或碳化，在喷涂料中形成细长的气孔，有利于喷涂料内因加热产生的气体迅速排出，同时还能控制水泥水化物相和喷涂料微观结构的形态，促进防爆裂温度的提高。

作为上述技术方案的优选，所述粘结剂为磷酸盐、硅溶胶或水中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，所述粘结剂为磷酸盐和硅溶胶按照质量比1：（15~20）组成的复合粘结剂。所述磷酸盐为三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。

所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为30~40wt%。

与现有技术中的单一粘结剂相比，本发明采用磷酸盐和硅溶胶组成的复合粘结剂，是由于：1）硅溶胶在低温时结合强度高，磷酸盐在中高温时结合性能好，二者共同使用可以综合彼此优势，减少后续固化热处理过程中出现收缩、气孔、起泡现象，提升喷涂料的综合性能；2）在加热过程中，二者都会发生聚合反应，内聚力增大，网状大分子将容易形成，有利于形成粘结强度高及稳定性强的涂层。

本发明还提供了一种堇青石-莫来石喷涂料的制备方法，包括以下步骤：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

本发明的有益效果在于：

本发明以堇青石和莫来石为主要原料，选用SiO₂微粉和α-Al₂O₃微粉来促进骨料与基质的结合，减少气孔的产生，提高喷涂料强度，以电熔铝酸钙水泥作为基质料、以碳化硼作为添加剂，以低熔点有机纤维作为防爆剂，以磷酸盐和硅溶胶组成的复合粘结剂作为粘结剂使用，采用干法喷涂施工，制备的喷涂料具有耐磨性能好、耐火温度高、抗热震性能优异等特点，使用时无需安装模板支撑，施工工期短，成本低，施工方便。该喷涂料用于窑头罩产品上整体性能好，养护时间短，维修速度快，特别适应于窑头罩不规则、复杂、狭小等部位的施工，预期使用寿命超过两年。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是实施例具体细节仅为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方法。因此不应理解为对本发明总的技术方案限定。

实施例1

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石35份、0～1mm莫来石33份、SiO₂微粉12份、α-Al₂O₃微粉8份、电熔铝酸钙水泥8份、碳化硼1.5份、聚丙烯纤维0.5份、粘结剂8份。

其中，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%；所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

所述粘结剂为焦磷酸钠和硅溶胶按照质量比1：18组成的复合粘结剂；所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为35wt%。

上述堇青石-莫来石喷涂料的制备方法如下：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

实施例2

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石30份、0～1mm莫来石38份、SiO₂微粉10份、α-Al₂O₃微粉11份、电熔铝酸钙水泥6份、碳化硼3份、聚酯纤维0.8份、粘结剂10份。

其中，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%；所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

所述粘结剂为六偏磷酸钠和硅溶胶按照质量比1：15组成的复合粘结剂；所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为30wt%。

上述堇青石-莫来石喷涂料的制备方法如下：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

实施例3

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石40份、0～1mm莫来石28份、SiO₂微粉15份、α-Al₂O₃微粉5份、电熔铝酸钙水泥10份、碳化硼1份、聚酰胺纤维0.2份、粘结剂5份。

其中，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%；所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

所述粘结剂为六偏磷酸钠和硅溶胶按照质量比1：20组成的复合粘结剂；所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为40wt%。

上述堇青石-莫来石喷涂料的制备方法如下：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

实施例4

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石38份、0～1mm莫来石30份、SiO₂微粉11份、α-Al₂O₃微粉10份、电熔铝酸钙水泥7份、碳化硼2.5份、聚乙烯纤维0.6份、粘结剂7份。

其中，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%；所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

所述粘结剂为三聚磷酸钠和硅溶胶按照质量比1：16组成的复合粘结剂；所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为33wt%。

上述堇青石-莫来石喷涂料的制备方法如下：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

实施例5

一种堇青石-莫来石喷涂料，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石33份、0～1mm莫来石35份、SiO₂微粉14份、α-Al₂O₃微粉6份、电熔铝酸钙水泥9份、碳化硼2份、聚丙烯纤维0.4份、粘结剂9份。

其中，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%；α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%；所述电容铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

所述粘结剂为焦磷酸钠和硅溶胶按照质量比1：17组成的复合粘结剂；所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为38wt%。

上述堇青石-莫来石喷涂料的制备方法如下：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。

性能测试：

将上述实施例制备的堇青石-莫来石喷涂料进行震动浇注成型为尺寸40mm×40mm×160mm的试样坯体，自然养护24h后脱模，再在干燥箱中于110℃干燥24h后，然后分别在1100℃和1350℃保温3h热处理。按GB/T 2988-2016检测烘干后试样的体积密度，按GB/T5988-2022检测热处理后试样的加热永久线变化率，按GB/T 5072-2008检测烘干及热处理后试样的常温耐压强度，按GB/T 30873-2014 检测热处理后试样的抗热震性。

将上述实施例制备的堇青石-莫来石喷涂料进行震动浇注成型为尺寸114mm×114mm×25mm的试样坯体，自然养护24h后脱模，再在干燥箱中于110℃干燥24h后，然后在1350℃保温3h热处理。按GB/T 18301-2012检测热处理后试样的耐磨性。

如下所示：

Claims (7)

1.一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，包括以下组分及重量份：

1～3mm堇青石30~40份、0～1mm莫来石28~38份、SiO₂微粉10~15份、α-Al₂O₃微粉5~11份、电熔铝酸钙水泥细粉6~10份、添加剂1~3份、防爆剂0.2~0.8份、粘结剂5~10份；所述添加剂为碳化硼；所述粘结剂为磷酸盐和硅溶胶按照质量比1：（15~20）组成的复合粘结剂；所述防爆剂为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，所述磷酸盐为三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，所述SiO₂微粉的粒度≤0.045mm，SiO₂含量不小于92wt%。

4.根据权利要求1所述的一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，所述α-Al₂O₃微粉的粒度≤0.050mm，α-Al₂O₃含量不小于95wt%。

5.根据权利要求1所述的一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，所述电熔铝酸钙水泥中Al₂O₃含量不小于68wt%。

6.根据权利要求1所述的一种堇青石-莫来石喷涂料，其特征在于，所述硅溶胶中SiO₂粒径为10~20nm，质量分数为30~40wt%。

7.一种如权利要求1~6任一项所述的堇青石-莫来石喷涂料的制备方法，包括以下步骤：

将各原料按比例称取后备用，然后将除粘结剂外的所有原料混合均匀，加入喷涂机中送至喷枪，再将粘结剂经增压泵增压送至喷枪，在喷枪内部混合均匀后，得到堇青石-莫来石喷涂料。