雙組分耐高溫耐磨襯裡材料的製作方法
2023-09-20 10:53:50 1
專利名稱：雙組分耐高溫耐磨襯裡材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不定形耐火材料，具體地說是用於煉油催化裂化裝置、水泥迴轉窯、軋鋼出鋼槽等設備的耐熱耐磨襯裡的耐火澆注料。
工業上使用的耐火澆注料主要有鋁酸鹽澆注料、水玻璃澆注料以及磷酸鹽澆注料等。
水玻璃耐火澆注料是以水玻璃為膠粘劑，以耐火熟料為骨料及摻合劑，加入適量的促凝劑而製成的氣硬性混凝土。水玻璃耐火澆注料由於耐火性能較低，一般不超過1200℃，故不宜在高溫條件下使用。
鋁酸鹽耐火澆注料是以礬土水泥或低鈣鋁酸鹽水泥等為膠粘劑，以粘土或礬土熟料為骨料和摻和劑製成的水硬性耐火澆注料。這種耐火澆注料使用加熱後，在400℃以下，內部物理吸附水和化學結晶水已排除，隨之晶型發生轉變，產生結構的變化過程，引起強度隨溫度升高而逐步下降的後果。至1200℃，即耐火澆注料開始產生陶瓷燒結前，常溫強度降到最低值，只有烘乾時強度的40～55%，處於這種情況下長期使用，會出現結構鬆散發脆現象。因此，這種耐火澆注料一般只適宜在1200℃以上使用，故適用範圍較小。八十年代以來，世界各工業發達國家開始使用低水泥用量型耐火澆注料，當高鋁水泥用量降至8%以下，並同時使用活性很高的石英粉和煅燒氧化鋁等超細粉等時，可使耐火澆注料的中溫強度有明顯增長。其特徵是氣孔率低，密度高，並在所有溫度範圍內強度都較高，荷重軟化點亦較高。但是卻產生了施工時易發生時效變化的缺點。時效變化以瞬時凝結、延遲硬化和流動性降低等現象表現出來，影響了製品的質量。另外，乾燥及熱處理制度極嚴，稍有不慎，澆注料內部即產生裂紋、剝落，發生爆裂，並伴有強烈的聲響。
磷酸鹽耐火澆注料是以磷酸或磷酸鹽為膠粘劑，以耐火熟料為骨料及摻合料製成的一種熱性耐火混凝土。磷酸鹽耐火澆注料具有較高的高溫強度、耐火度、高溫韌性和良好的抗熱震性。在老規範中，用於石油催化裂化裝置等設備的耐高溫耐磨襯裡材料，一般以磷酸鋁為膠粘劑，以剛玉為骨料及粉料，以氫氧化鋁為促凝劑。這種襯裡材料，是一種熱固性材料。它靠含氫的磷酸鹽Al(H2PO4)3在加熱過程中與氫氧化鋁Al(OH)3反應縮合脫水而形成穩定結構的偏磷酸鋁Al(PO3)2和正磷酸鋁AlPO4。但在室溫及加熱情況下，中介狀態帶氫磷酸鋁Al(H2PO4)3，Al2(HPO4)3，Al2(H2P2O7)3等在水中有較大的溶解度，在潮溼空氣中或水中，會發生潮解作用。對於單層耐熱耐磨襯裡，在熱處理過程中，可以獲得穩定的正磷酸鋁和偏磷酸鋁。但對於雙層的背面襯有含大量水的隔熱襯裡來說，在烘烤過程中，上述中介狀態的帶氫磷酸鋁鹽會因為背面大量水份的通過而使結構的形成受到危害。作為對上述磷酸鹽耐火澆注料的改進，美國萊斯科(Resco)公司推出了型號為AA-22的襯裡材料。該材料以氧化鎂MgO作促凝劑，使熱固性鋁質磷酸鹽變為冷固性鎂質磷酸鹽。
三水磷酸氫鎂MgHPO4·3H2O在常溫下很快形成難溶性結構物而固化。在加熱過程中，磷酸氫鋁Al2(HPO4)3進一步形成正磷酸鋁的穩定結構，以增強三水磷酸氫鎂MgHPO4·3H2O的結構。因而可用於背面襯有隔熱襯裡的雙層襯裡，但是該耐火澆注料仍存在最高使用溫度稍低，早中期冷壓強度不高的缺陷，使適用範圍受到了限制。
本發明的目的是提供一種以複合磷酸鹽為膠粘劑、以電熔超高鋁水泥為促凝劑的雙組份耐高溫耐磨襯裡材料。該襯裡材料易於保存、使用方便，固化後具有較高的強度和韌性，適用溫度範圍較寬，尤其適用於高溫、高衝刷的場合。
本發明由甲組份溼料及乙組份乾料組成。
甲組份溼料包含以下成份(按重量計)骨料剛玉 70～85份複合膠粘劑 5～15份乙組份乾料包含以下成份(按重量計)粉料α氧化鋁 7～20份促凝劑電熔超高鋁水泥 3～10份微粉二氧化矽 0.2～2份減水劑木質素磺酸鈣 0.01～0.5份本發明所述的複合膠粘劑的主要成份是磷酸、磷酸鋁、磷酸鎂和草酸或檸檬酸或酒石酸。
本發明所述的複合膠粘劑的製備方法是將活性氫氧化鋁、氧化鎂混合，加水調至糊狀，與過量磷酸混合，反應完畢後調節溫度使產物粘度達到30～50秒，再加入草酸或檸檬酸或酒石酸，冷卻過濾後所得濾液即是本發明的複合膠粘劑。
本發明甲組份溼料和乙組份乾料分別製取並包裝，在實際使用時，相互混合，同時加水2～4份，拌勻後立即施工，成型後進行養護約2～3天，即可投入生產使用。
本發明具有一定的積極效果，它將低水泥用量型耐火澆注料和以氧化鎂為促凝劑的磷酸鹽耐火澆注料所使用的材料進行了有機的結合，集兩者的優點於一身，該材料固化後不僅高溫強度和韌性較高，並且最高使用溫度也較高。加入了超微細粉及減水劑後，增加了固化後材料的緻密性，縮小了殘餘線收縮，提高了早中期強度及熱震穩定性。採用複合磷酸鹽為主體的膠粘劑，增強了製品在熱處理過程中的抗水性，加入草酸或檸檬酸或酒石酸後，不僅使溼料的保存期從常規的3個月增加至一年，還提高了製品的早期強度。這是因為由於添加了上述有機酸，使得在整個膠粘劑中降低了自由離子的活性，控制了磷酸鹽類的進一步聚合，尤其是同剛玉粒料拌和後，在反應一段時間後，逐步在粒料表面形成了一層保護膜，既起到了「緩蝕」作用，又使得顆粒之間產生了一種「隔閡」，從而使得顆粒之間能長期保持鬆散狀態，當與乾料中的促凝劑電熔超高鋁水泥及一定量的水拌和後，隨即打破了這種有機「屏障」，並伴隨著放熱反應，這樣在短時間內又恢復了作為「複合膠粘劑」的作用。另外當溼料與乾料混合後，由於上述有機酸的存在，避免了因乾料中含有微量金屬及硫化物而會產生氫氣、硫化氫等氣體的弊端，從而減少了施工過程中氣孔的產生，提高了襯裡的緻密性和耐磨性。選用電熔超高鋁水泥作為促凝劑，使Al2O3的含量進一步提高，減少了低熔點成份，提高了製品的高溫強度和耐衝刷性能。最後本發明選用原料國內均有生產，該襯裡材料可替代進口產品，因而節約了外匯，提高了社會經濟效益。
本發明的實施例，在反應鍋內將濃度為85%的工業磷酸100公斤加熱到95℃。同時將80公斤水與26公斤活性氫氧化鋁及2公斤氧化鎂調和成漿糊狀，在攪拌情況下，慢慢把糊狀物加入反應鍋內，反應完畢後，料液為無色透明膠體。然後繼續升溫，控制粘度為45秒(塗4-杯25℃)，冷卻後將175克草酸完全溶解於200克水中。當反應鍋內料液冷卻到50℃時，再慢慢將草酸水溶液滴加到反應鍋內，完全混合後，將料液過濾，所得濾液即為複合膠粘劑。
選用顆粒1～3mm白剛玉45公斤、棕剛玉45公斤，＜1mm白剛玉60公斤，120目白剛玉30公斤，200目白剛玉24公斤和上述複合膠粘劑30公斤，同時放入250立升強力攪拌機攪拌20分鐘，即製得甲組份溼料，以15公斤為一料單獨包裝待用。
在250立升強力攪拌機中，同時加入電熔超高鋁水泥50公斤，320目α氧化鋁150公斤，二氧化矽微粉4公斤以及木質磺酸鈣0.5公斤，攪拌30分鐘，即得乙組份乾料，以3公斤為一料單獨包裝待用。
應用例在實際使用時，將上述甲組份溼料一個包裝與乙組份乾料一個包裝配合，即甲組份∶乙組份為5∶1(重量)，另外加水3%(重量)，經人工混和攪拌均勻後，即可供施工。施工後進行養護，養護方法如下常溫養護24小時;
常溫～50℃均勻升溫3小時，保溫2小時;
50℃～110℃均勻升溫3小時，保溫5小時;
110℃～150℃均勻升溫3小時，保溫4小時;
150℃～300℃均勻升溫5小時，保溫3小時;
300℃～500℃均勻升溫5小時，保溫2小時;
500℃～750℃均勻升溫5小時。
所得製品，經上海建築科學研究所等單位檢驗，其結果見表1，同時將美國萊斯科公司(Resco)生產的AA-22澆注料及低水泥用量型澆注料RS-17A的性能列入表1。
本發明各項指標檢驗均依國家標準及有關標準進行。耐火度依GB8932.1-88《耐火材料耐火度試驗方法》測試。密度按GB2998-82《定型隔熱耐火製品體積密度及真氣孔率試驗方法》測試。抗壓強度按YB2208-77《耐火混凝土高溫耐壓強度檢測方法》測試。抗折強度按GB3001-82《耐火製品常溫抗折強度測定方法》及GB3002-82《耐火製品高溫抗折強度測定方法》測試。加熱線收縮按GB8932.7-88《耐火製品的熱膨脹試驗方法》測試。熱震穩定性按YB376-76《熱震穩定性試驗方法》測試。
表權利要求
1.一種雙組份耐高溫耐磨襯裡材料，該襯裡材料由甲組份溼料和乙組份乾料組成a、甲組份溼料包含以下成份(按重量計)骨料剛玉70-85份複合膠粘劑 5-15份b、乙組份乾料包含以下成份(按重量計)粉料a氧化鋁 7-20份促凝劑電熔超高鋁水泥 3-10份微粉二氧化矽 0.2-2份減水劑木質素磺酸鈣0.01-0.5份
2.根據權利要求1所述的雙組份耐高溫耐磨襯裡材料，其特徵在於所述的複合膠粘劑的主要成份是磷酸、磷酸鋁、磷酸鎂及草酸。
3.根據權利要求1所述的雙組份耐高溫耐磨襯裡材料，其特徵在於所述的複合膠粘劑的主要成份是磷酸、磷酸鋁、磷酸鎂及檸檬酸。
4.根據權利要求1所述的雙組份耐高溫耐磨襯裡材料，其特徵在於所述的複合膠粘劑的主要成份是磷酸、磷酸鋁、磷酸鎂及酒石酸。
全文摘要
本發明提供了一種以甲組分溼料及乙組分乾料組成的耐高溫耐磨襯裡材料。溼料包含骨料剛玉及複合膠粘劑，乾料包含細粉α氧化鋁及促凝劑電熔超高鋁水泥等。本發明易於保存、使用方便，固化後具有較高的抗壓強度和韌性，集低水泥耐火澆注料及磷酸鹽耐火澆注料的優點於一身，適用溫度範圍較寬，尤其適用於高溫、高衝刷場合，可廣泛用於石油化工、冶金、建材等行業，作為高溫窯爐的襯裡材料。
文檔編號C04B35/10GK1070390SQ9110816
公開日1993年3月31日 申請日期1991年9月7日 優先權日1991年9月7日
發明者陳海淵 申請人:武進縣橫山橋鎮五一節能材料廠