一種環保型搗打料及其製備方法與流程
2024-03-29 22:03:05
本發明涉及不定形耐火材料技術領域，尤其涉及一種高抗滲透性、高熱震穩定性的環保型搗打料及其製備方法。
背景技術：
搗打料主要應用於耐火磚砌築不到或者砌築困難的窯爐部位，搗打料的施工相對簡單，用於填充爐身冷卻設備與砌體間隙或砌體找平層用填充料。目前，傳統的搗打料為石英砂為主料，加入一定量的瀝青粉，加入焦油或酚醛樹脂作為結合劑混合而成的矽質搗打料，具有成本低、製備工藝簡單的優點。傳統的矽質搗打料的抗滲透損壞性能不佳,使爐底損蝕快，壽命短，所用酚醛樹脂結合劑具有游離酚、游離醛等有害物質，所用瀝青在高溫下會散發出黃色的有毒煙霧，施工條件惡劣，嚴重損害工人的健康。
中國專利文獻上公開了一種「煉銅鼓風爐用鎂鐵矽質搗打料」，其公告號為cn1962550a，該發明以氧化鎂為主料，以柴油為潤溼劑，避免材料水化，根據緊密堆積原理配料、混合、攪拌、裝袋製成。但是，該發明的鎂質搗打料的抵抗熔渣和銅液滲透的能力較弱，依然存在著使爐底損蝕快，壽命短等缺點。
技術實現要素：
本發明為了克服傳統搗打料對環境有害、抗滲透損壞性能差的問題，提供了一種高抗滲透性、高熱震穩定性的環保型搗打料。
本發明還提供了一種工藝簡單的環保型搗打料的製備方法。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種環保型搗打料，所述環保型搗打料由以下重量份的原料製成：骨料60～85份，粉料20～40份，複合結合劑12.5～16份和稀土化合物0.5～2份，所述骨料為電熔半穩定型氧化鋯顆粒和電熔鎂砂的一種或兩種，粒度為5～20mm。
本發明打破搗打料以碳化矽為主料的傳統設計，引入電熔半穩定型氧化鋯顆粒和電熔鎂砂作為搗打料的主要原料，使本發明搗打料的抗熱震性得到進一步改善。其原理在於半穩定型氧化鋯只有一部分氧化鋯與穩定劑生成了固溶體，由高溫冷卻到常溫時，仍有一部分氧化鋯發生相變，由立方相或四方相轉化為單斜相，並伴隨發生一定的體積變化。由於此體積變化較小，所以不會造成製品燒結體的破壞。相反，由於此體積的變化，可在制品燒結體內產生一定量的顯微裂紋，這種顯微裂紋在材料受到熱應力作用時，能起到吸收裂紋擴展能量的作用，抑制裂紋的擴展，提高搗打料的抗熱震能力。
電熔鎂砂由菱鎂礦、水鎂礦或從海水中提取的氫氧化鎂經高溫煅燒而成，具有很強的抗水化能力，在骨料中混入適量的電熔鎂砂能夠增強環保型搗打料的抗水化能力，進一步提高搗打料材料的抗滲透性。
在環保型搗打料中加入稀土化合物，可以引入少量的稀土元素，稀土元素具有優異的延展性，有利於增強環保型搗打料的抗彎強度和耐熱震性。主要原理如下：稀土元素有未充滿的4f電子，可以吸收或發射從紫外、可見到紅外光區不同波長的光，發射每種光區的範圍小，加入少量稀土，可以確保環保型搗打料具有優異的抗彎強度和耐熱震性，提高其抗滲透損壞性，延長窯爐的使用壽命。
作為優選，所述複合結合劑由以下重量份的原料製成：酚醛樹脂7～8份，無水乙醇5～6份，改性白炭黑0.5～1.5份，甲醛捕捉劑0.05～0.5份，所述甲醛捕捉劑為含有伯胺基團的化合物。
作為優選，所述甲醛捕捉劑具有下式：r-nh2，其中，r選自-oh，-ch2-ch2-so3h，-ch2(cooh)和-ch(cooh)(ch2ch2conh2)中的一種或幾種。
本發明的環保型搗打料採用複合結合劑，該複合結合劑為加入甲醛捕捉劑的改性酚醛樹脂，甲醛捕捉劑具有伯胺基團，可以有效降低體系中的游離醛。其原理為：酸性條件下，甲醛捕捉劑中的伯胺基團與酚醛樹脂中游離醛的羰基在45～60℃條件下可以發生親核加成反應生成rnhch2oh，該結構穩定性很差，可以迅速脫水生成rnh＝ch2，並互相之間發生縮合反應，形成聚合物交聯劑。該反應一方面可以減少體系中游離醛的含量，另一方面可以生成網絡狀的聚合物交聯劑，可以對酚醛樹脂改性增韌，提高其耐熱性能和粘結性。本發明以該複合結合劑製得的搗打料中游離醛的含量可以大大降低，更為安全、綠色環保，同時複合結合劑的增韌效果大大增加了搗打料的熱震穩定性。
作為優選，所述粉料為礬土、剛玉、碳化矽和焦寶石中的一種或幾種。
作為優選，所述稀土化合物為三氧化二鈰、硝酸銪、氯化鑭中的一種或幾種。
一種環保型搗打料的製備方法，包括以下步驟：
(1)按照上述配比進行稱量配料，將骨料、粉料和稀土化合物混合均勻，得到混料；
(2)將複合結合劑加入到混料中，在攪拌機中充分攪拌均勻，形成能用手捏成團的物料，用塑料包裝袋包裝成成品；
(3)根據施工需要進行人工搗打或氣動錘搗打，搗打密度大於3.6g/cm3，得到環保型搗打料。
本發明的環保型搗打料具有如下有益效果：
(1)抗熱震能力和抗滲透性得到有效提高；
(2)使用含有甲醛捕捉劑的複合結合劑，綠色環保，安全性能高；
(3)延長窯爐的使用周期，延長壽命，降低企業成本；
(4)生產周期短，熱能消耗較低，製備工藝簡單，易產業化。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。
實施例1
(1)按照以下配比分別稱料，將骨料、粉料和稀土化合物混合均勻，得到混料：
骨料(粒度為5mm)60g(電熔半穩定型氧化鋯顆粒60g)；
粉料20g(礬土10g，剛玉10g)；
稀土化合物0.5g(三氧化二鈰0.2g，硝酸銪0.3g)；
(2)稱取複合結合劑12.55g(酚醛樹脂7g，無水乙醇5g，改性白炭黑0.5g，0.05g的h2n-ch2-ch2-so3h)，將其加入到混料中，在攪拌機中充分攪拌均勻，形成能用手捏成團的物料，用塑料包裝袋包裝成成品；
(3)根據施工需要進行人工搗打或氣動錘搗打，搗打密度5g/cm3，得到環保型搗打料。
實施例2
(1)按照以下配比分別稱料，將骨料、粉料和稀土化合物混合均勻，得到混料：
骨料(粒度為20mm)85g(電熔半穩定型氧化鋯顆粒60g，電熔鎂砂25g)；
粉料40g(礬土5g，剛玉12g，碳化矽13g，焦寶石10g)；
稀土化合物2g(三氧化二鈰0.8g，硝酸銪0.7g，氯化鑭0.5)；
(2)稱取複合結合劑16g(酚醛樹脂8g，無水乙醇6g，改性白炭黑1.5g，0.3gh2n-ch(cooh)(ch2ch2conh2)，0.2g的nh2oh)，將其加入到混料中，在攪拌機中充分攪拌均勻，形成能用手捏成團的物料，用塑料包裝袋包裝成成品；
(3)根據施工需要進行人工搗打或氣動錘搗打，搗打密度4g/cm3，得到環保型搗打料。
實施例3
(1)按照以下配比分別稱料，將骨料、粉料和稀土化合物混合均勻，得到混料：
骨料(粒度為10mm)75g(電熔鎂砂75g)；
粉料30g(礬土7g，焦寶石10g，碳化矽13g)；
稀土化合物2g(三氧化二鈰0.8g，硝酸銪0.7g，氯化鑭0.5)；
(2)稱取複合結合劑14.3g(酚醛樹脂7.5g，無水乙醇5.5g，改性白炭黑1g，0.2g的h2n-ch2(cooh)，0.1gnh2oh)，將其加入到混料中，在攪拌機中充分攪拌均勻，形成能用手捏成團的物料，用塑料包裝袋包裝成成品；
(3)根據施工需要進行人工搗打或氣動錘搗打，搗打密度大於6g/cm3，得到環保型搗打料。
對比例
對比例採用市售鎂質搗打料，該市售鎂質搗打料採用傳統的酚醛樹脂作為結合劑，其配方組分中未添加電熔半穩定型氧化鋯顆粒和稀土化合物中的任意一種。
對實施例1-3和對比例的搗打料的理化指標進行檢測，結果如表1所示。
表1.理化指標結果
由表1可以看出，本發明製得的環保型搗打料相對於市售鎂質搗打料具有較低的游離醛，更為綠色環保；具有較高的熱震穩定性和耐壓強度，大大提升了搗打料的抗滲透性。
本發明的環保型搗打料的抗熱震能力和抗滲透性得到有效提高；可以延長窯爐的使用周期，延長壽命，降低企業成本；使用含有甲醛捕捉劑的複合結合劑，更為綠色環保，安全性能高；製備工藝簡單，易產業化。