一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，主要涉及一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法。
背景技術(shù)：
：通常耐磨耐火澆注料具有較強(qiáng)的耐磨性，使用在高磨損的窯爐襯體部位。美國(guó)專(zhuān)利(US4687752)介紹一種中質(zhì)耐磨澆注料，該耐磨澆注料具有較低的熱導(dǎo)率，其體積密度為1.7~2.1g/cm3、常溫磨損量小于25cm3、熱導(dǎo)率0.650.94W/m*K(538°C)，該澆注料作為窯爐襯體的工作層，并代替了隔熱層。該澆注料由30%50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的合成堇青石、14%34%煅燒高嶺土或熔融氧化硅、20%35%鋁酸鹽水泥以及少量硅灰等組成。另一美國(guó)專(zhuān)利(US4992397)介紹一種低導(dǎo)熱率高強(qiáng)度的耐磨澆注料，該澆注料由32%80%無(wú)定形氧化硅(如熔融石英)、5%25%煅燒硅酸鋁原料顆粒、5%40%煅燒粘土粉、1%~10%流動(dòng)助劑(如硅灰)、5%~25%鋁酸鹽水泥。上述兩個(gè)專(zhuān)利所涉及的耐磨澆注料具有耐磨和低熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，均適應(yīng)于石化工業(yè)用的窯爐，從實(shí)施例可以看到澆注料的磨損量在925cm3。但該澆注料的磨損量特點(diǎn)表明其不適合作為循環(huán)流化床鍋爐等使用的高耐磨襯體。循環(huán)流化床鍋爐中煙氣流速大(最高可達(dá)29m/s以上)，高速煙氣夾帶大量固體顆粒對(duì)耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷磨損，因此，對(duì)工作襯澆注料的耐磨性要求較高。根據(jù)黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火澆注料(YB/T4109-2002)的磨損量要求不大于9cm3。目前循環(huán)流化床鍋爐等條件下使用的耐磨耐火澆注料為高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、高鋁碳化硅質(zhì)、碳化硅質(zhì)等，這些澆注料的體積密度和熱導(dǎo)率較高。在隔熱型旋風(fēng)分離器、返料器等部位的耐火材料襯體設(shè)計(jì)為三層，其中兩層為隔熱層，如耐磨澆注料(80115mm)、隔熱澆注料(125mm)、硅鈣板磚(120mm)，硅鈣板磚外側(cè)為結(jié)構(gòu)鋼殼；也有其他三層不同耐火材料的構(gòu)筑方式。設(shè)計(jì)這種三層結(jié)構(gòu)的耐火材料襯體是為了取得良好的隔熱效果。焊接在鋼殼上的錨固件(或稱(chēng)銷(xiāo)釘)同時(shí)對(duì)隔熱澆注料和耐磨澆注料起固定作用，這種多層結(jié)構(gòu)使錨固件對(duì)耐磨澆注料固定作用減弱。由于多層耐火材料的施工，耐火材料層與層之間會(huì)產(chǎn)生收縮間隙。如隔熱澆注料施工體含有較高水分(30%50%)，施工結(jié)束后對(duì)爐體進(jìn)行加熱烘烤，爐體所含水分排出，并在隔熱澆注料與耐磨澆注料之間產(chǎn)生收縮裂縫，襯體由此產(chǎn)生的缺陷和應(yīng)力導(dǎo)致耐磨材料的工作層產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致澆注料掉塊、剝落，降低耐火材料使用壽命，影響鍋爐正常運(yùn)行。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，因耐火材料方面的原因造成停爐的諸多因素中，由于襯體多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致施工質(zhì)量降低，致使耐磨澆注料使用過(guò)程中裂縫、剝落，及隔熱層損壞，是其因素之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法，利用該方法制備的中密度耐磨耐火澆注料的體積密度為1.9~2.4g/cm3，具有良好耐磨性能(其常溫磨損量不大于8cm3)，和較低的熱導(dǎo)率(熱導(dǎo)率不大于0.9W/m'K，平板法，熱面溫度80(TC)，其最高使用溫度為IOO(TC，可作為循環(huán)流化床鍋爐等的耐磨耐火材料使用，同時(shí)該中密度耐磨耐火澆注料具有良好的隔熱性可以替代隔熱層材料。本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)該澆注料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%~81%的高玻璃相焦寶石和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)、0%~7%的漂珠、4%10%的氧化硅微粉、0%6%的氧化鋁微粉、5%12%的耐火水泥、0.12%0.20%的分散劑等原料組成；施工攪拌時(shí)外加約5%10%水，混練均勻。本發(fā)明澆注料所采用的高玻璃相焦寶石和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)原料的主要物相為莫來(lái)石相和玻璃相，其中玻璃相含量約40%~50%;高玻璃相焦寶石的氧化鋁含量35%~45%，吸水率小于2%，體積密度2.00~2.50g/cm3;低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(在黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T5267-2005中牌號(hào)為M45-2)的氧化鋁含量為43%48%，氧化鉀含量1%3%;原料的粒度范圍015mm。本發(fā)明澆注料所采用漂珠原料的氧化鋁含量25%~36%，粒度20350nm，堆積密度小于0.37g/cm3。本發(fā)明澆注料所采用氧化硅微粉原料的氧化硅含量88%~97%，平均粒度小于l(im。本發(fā)明澆注料所采用氧化鋁微粉原料的氧化鋁含量大于99%，平均粒度小于5拜。本發(fā)明澆注料所采用耐火水泥可以是純鋁酸鈣水泥。純鋁酸鈣水泥是指以工業(yè)氧化鋁和石灰石為原料生產(chǎn)的鋁酸鈣水泥，其氧化硅、氧化鐵、氧化鈦等雜質(zhì)含量較低。本發(fā)明澆注料所采用分散劑為磷酸鹽，如三聚磷酸鈉、六偏磷酸納。本發(fā)明澆注料通過(guò)選擇燒結(jié)良好的焦寶石原料(或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石)和氧化物微粉原料及合適的粒度級(jí)配，增強(qiáng)基質(zhì)的結(jié)合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)澆注料具有良好的耐磨性能。通過(guò)選擇高玻璃相焦寶石和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(其氧化鋁含量43%~48%，在黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T5267-2005中牌號(hào)為M45-2)、及漂珠、氧化硅微粉等低熱導(dǎo)率原料，實(shí)現(xiàn)對(duì)澆注料低熱導(dǎo)率性質(zhì)的控制。高玻璃相焦寶石和低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石含有約40%50%玻璃相；漂珠、氧化硅微粉主礦相為高氧化硅含量的無(wú)定形相；高氧化硅含量的玻璃相或無(wú)定形相的熱導(dǎo)率較低，因而澆注料具有較低的熱導(dǎo)率。其中漂珠的加入量增加，澆注料的體積密度、熱導(dǎo)率降低，同時(shí)強(qiáng)度和耐磨性也降低；漂珠原料加入量大于7%，會(huì)大幅度降低澆注料的強(qiáng)度和耐磨性。因此，根據(jù)使用目的，通過(guò)調(diào)整漂珠的加入量，以調(diào)整材料的熱導(dǎo)率和耐磨性。如用于循環(huán)流化床鍋爐的隔熱型旋風(fēng)分離器、返料器等部位，該澆注料可不加漂珠原料，以保證澆注料具有更強(qiáng)的耐磨性。耐火水泥是澆注料的結(jié)合劑，其加入量影響澆注料的強(qiáng)度。而澆注料的強(qiáng)度直接與耐磨性密切相關(guān)。耐火水泥的加入量小于5%，澆注料的強(qiáng)度過(guò)低，削弱材料的耐磨性，即磨損量高；而耐火水泥加入量大于12%，會(huì)降低澆注料在高溫下的耐磨性。研究表明水泥結(jié)合澆注料的高溫下U000。C)的耐磨性，隨水泥含量增加有降低趨勢(shì)。本發(fā)明的中密度耐磨耐火澆注料的特點(diǎn)是該澆注料具有良好的耐磨性和低的熱導(dǎo)率。通常為了制備具有優(yōu)良耐磨性的澆注料，則通過(guò)選擇高密度、高硬度的剛玉、碳化硅、特級(jí)礬土熟料等原料實(shí)現(xiàn)材料的高耐磨性，但同時(shí)材料的熱導(dǎo)率也較高。本發(fā)明通過(guò)選用低導(dǎo)熱率的高玻璃相焦寶石、漂珠、硅微粉等低熱導(dǎo)率原料，實(shí)現(xiàn)對(duì)澆注料低熱導(dǎo)率性質(zhì)的控制，同時(shí)通過(guò)選擇燒結(jié)良好的焦寶石(和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石)原料和氧化物微粉原料及合適的粒度級(jí)配，制備較致密的澆注料，實(shí)現(xiàn)澆注料具有良好的耐磨性能，盡管該中密度耐磨澆注料的耐磨性次于高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)等耐磨澆注料。該中密度耐磨澆注料和高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)耐磨澆注料等一起滿足不同窯爐、或同一窯爐不同部位對(duì)各類(lèi)耐磨澆注料的需求。本發(fā)明的中密度耐磨耐火澆注料具有低的導(dǎo)熱性，可以在設(shè)計(jì)窯爐襯體時(shí)(如循環(huán)流化床鍋爐的旋風(fēng)分離器、返料器等部位)，改變襯體結(jié)構(gòu)，減薄隔熱耐火材料的厚度，或取消隔熱耐火材料，將襯體設(shè)計(jì)為中密度耐磨澆注料單層結(jié)構(gòu)，或中密度耐磨澆注料和隔熱耐火材料兩層結(jié)構(gòu)，使耐火材料襯體施工簡(jiǎn)便，襯體體積穩(wěn)定，窯爐運(yùn)行穩(wěn)定性增強(qiáng)，耐火材料襯體費(fèi)用降低。具體實(shí)施方式實(shí)施例1~5:實(shí)施例1~5和對(duì)比例12采用焦寶石、低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石、漂珠、氧化硅微粉、氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等為原料。實(shí)施例和對(duì)比例采用兩種焦寶石，其性能見(jiàn)表l。與普通焦寶石比較，高玻璃相焦寶石的K20、Na20雜質(zhì)含量高，玻璃相含量高，體積密度較低。實(shí)施例和對(duì)比例的具體原料配比方案見(jiàn)表2。實(shí)施例和對(duì)比例的該澆注料制樣攪拌時(shí)外加約510%(wt%)水。實(shí)施例1采用高玻璃相焦寶石為主要原料，對(duì)比例1采用普通焦寶石為主要原料，比較表3中兩者的性能指標(biāo)表明，采用高玻璃相焦寶石為主要原料的實(shí)施例1材料具有較低的熱導(dǎo)率，常溫磨損量也較低。采用普通焦寶石為主要原料的對(duì)比例1材料具有較高的熱導(dǎo)率。實(shí)施例1、2、3和對(duì)比例2方案都采用高玻璃相焦寶石為主要原料，漂珠的加入量分別為0%、3%、7%和10%，由表3列出澆注料的性能表明，隨漂珠的加入量增加，澆注料的體積密度、耐壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率均降低，常溫磨損量依次增加；漂珠的加入量為10%的對(duì)比例2試樣的常溫磨損量達(dá)到10.28cm3，對(duì)比例2不適合作為耐磨材料。實(shí)施例4采用低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)為主要原料，澆注料配比中的其他原料與實(shí)施例1相同(見(jiàn)表2);實(shí)施例5同時(shí)采用低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)和高玻璃相焦寶石為主要原料。實(shí)施例4和實(shí)施例5試樣的性能與采用高玻璃相焦寶石的實(shí)施例1的性能接近(見(jiàn)表3)。表1焦寶石和低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石原料的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2實(shí)施例和對(duì)比例澆注料的原料配比方案(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例67:對(duì)比例3、實(shí)施例6、實(shí)施例7和對(duì)比例4采用高玻璃相焦寶石、漂珠、氧化硅微粉、氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、六偏磷酸鈉等為原料，其中水泥分別為3%、5%、12%、15%。實(shí)施例、對(duì)比例澆注料的原料配比方案見(jiàn)表4，實(shí)施例和對(duì)比例澆注料的性能指標(biāo)見(jiàn)表5。由表5的對(duì)比例、實(shí)施例澆注料的性能指標(biāo)，對(duì)比例3加入3%的純鋁酸鈣水泥，澆注料結(jié)合強(qiáng)度較低、常溫磨損量較高；隨水泥加入量增加(5%15%)，澆注料的常溫強(qiáng)度增加，同時(shí)其高溫磨損量有增加趨勢(shì)；對(duì)比例4加入15%純鋁酸鈣水泥的澆注料高溫下的磨損量較高。表4實(shí)施例和對(duì)比例澆注料的原料配比方案(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5實(shí)施例和對(duì)比例澆注料的性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1、一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法，其特征在于所述澆注料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％～81％的高玻璃相焦寶石和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)、0％～7％的漂珠、4％～10％的氧化硅微粉、0％～6％的氧化鋁微粉、5％～12％的耐火水泥和0.12％～0.20％的分散劑等原料組成；澆注料所采用的高玻璃相焦寶石和低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)原料的主要物相為莫來(lái)石相和玻璃相，其中玻璃相含量約40％～50％；高玻璃相焦寶石的氧化鋁含量35％～45％，吸水率小于2％，體積密度2.00～2.50g/cm3；低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)的氧化鋁含量為43％～48％，氧化鉀含量1％～3％；原料的粒度范圍0～15mm；所采用漂珠原料的氧化鋁含量25％～36％，粒度20～350μm，堆積密度小于0.37g/cm3；所采用氧化硅微粉原料的氧化硅含量88～97％，平均粒度小于1μm。所采用氧化鋁微粉原料的氧化鋁含量大于99％，平均粒度小于5μm。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法，其特征在于所采用耐火水泥為純鋁酸鈣水泥。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法，其特征在于所采用的分散劑為磷酸鹽，進(jìn)一步具體為三聚磷酸鈉、六偏磷酸納中的一種或二者的組合。全文摘要本發(fā)明涉及一種中密度耐磨耐火澆注料的制備方法。該澆注料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％～81％的高玻璃相焦寶石和或低氧化鋁含量的燒結(jié)莫來(lái)石(M45-2)、0％～7％的漂珠、4％～10％的氧化硅微粉、0％～6％的氧化鋁微粉、5％～12％的耐火水泥和0.12％～0.20％的分散劑等原料組成。該中密度耐磨澆注料的體積密度為1.9～2.4g/cm³，具有良好的耐磨性能(常溫磨損量不大于8cm³)和較低的熱導(dǎo)率(熱導(dǎo)率不大于0.9W/m·K，平板法，熱面溫度800℃)，可作為循環(huán)流化床鍋爐等的耐磨耐火材料使用。文檔編號(hào)C04B35/66GK101525244SQ200910064479公開(kāi)日2009年9月9日申請(qǐng)日期2009年3月26日優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日發(fā)明者張三華,曹喜營(yíng),李少飛,王戰(zhàn)民,王曉利,干石,胡書(shū)禾申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司