回转窑用耐火材料及其施工方法与流程

1.本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种回转窑用耐火材料及其施工方法。


背景技术：

2.回转窑是工业生产过程中使用的主要设备，通常在回转窑中均铺设有耐火材料。工业回转窑用耐火材料要承受高温，还要承受物料的侵蚀磨损以及应力，因此所用耐火材料要求具有耐高温、耐腐蚀、抗热震性能好、荷重软化温度高等特点。例如回转窑的前窑口既是出料口，同时也是冷却部位。前窑口一方面要承受来自烧成的带高温熟料的热负荷和冲刷作用，另一方面又要接受来自冷却机的高风量的压力作用，窑口的温度会在高温与较低温之间反复的变化，由此要求耐火材料必须具有良好的高温耐磨性、耐冲刷性和抗热震性。
3.工业回转窑在生产运行工况下，由于长时间在高温和高冲击的环境下工作，常会出现回转窑耐火材料脱落现象，特别是高温区耐火材料大面积损坏和脱落。随着耐火材料的不断损坏和脱落，常常影响到生产的连续性，给企业造成损失。另外回转窑耐火材料的损坏会严重影响到了回转窑的使用寿命。回转窑耐火材料常见的损坏原因包括：长期承受转动状态下的机械应力、物料摩擦、热应力、气流以及化学侵蚀等综合效应。而现有的耐火材料耐高温、耐腐蚀，但耐磨性能低，抗热震性能差，热稳定性较差，荷重软化温度较低，容易出现裂纹损坏，使用寿命短，需要经常性停车更换或修补回转窑耐火材料。然而即使针对回转窑耐火材料的损坏和脱落，对该部分耐火材料进行修补，但若修补方法不得当，修复后的回转窑耐火砖及浇注料仍然会不断脱落，从而需要停车大修。
4.因此，本发明提供一种改进的高性能耐火材料和施工方法，以期提高耐火材料的使用寿命，进而提高回转窑的使用寿命和减少检修频率。


技术实现要素：

5.第一方面，本发明提供一种回转窑用耐火材料，用以解决耐火材料使用寿命短的问题，以期提高耐火材料的使用寿命，进而提高回转窑等设备的使用寿命和减少检修频率；该耐火材料耐压强度高，使用过程中不易发生断裂等损伤，不影响设备运行周期，降低了检修成本和生产成本。
6.具体地，本发明提供一种耐火材料，该耐火材料包括：骨料、基质料和纤维料；
7.上述基质料包括碳化硅细粉5-15份、莫来石微粉5-15份、氧化铝细粉5-10份和刚玉细粉5-15份；
8.上述骨料包括铝矾土熟料40-60份、锆莫石10-20份和刚玉细砂30-50份；
9.上述纤维料包括硅酸铝纤维5-10份、聚丙烯纤维3-5份、不锈钢纤维5-8份、防爆纤维3-5份。上述技术方案，通过骨料配合基质料，形成具有高耐磨性和耐腐蚀性的主体，在其中添加纤维料，能为主体形成网状的附着框架，维持耐火材料的整体性能，增强其抗折性和抗冲刷性。
10.在具体实施方案中，上述基质料中各原料的粒径为0.1-1mm；上述骨料中各原料的粒径为1-10mm；上述纤维添加料中各原料的粒径为5-10mm。骨料起骨架作用，其抗冲刷性好，耐火度高，耐磨性和热震稳定性佳，便于施工，增加材料机械强度。基质料能填充骨料的空隙，形成紧密堆积，提高了材料内部密度，还能促使胶结或烧结，使其具有更好的施工性能。纤维料能有效吸收耐火材料内部的微裂纹，提高其隔热耐磨性能、韧性、热震稳定性和抗剥落性，减小高温冷态线变化率，减少了频繁开停车对耐火材料造成的损伤。
11.在具体实施方案中，耐火材料还包括5-10重量份的结合剂；上述结合剂为亚硫酸纸浆废液和铝溶胶的混合物。结合剂能有效衔接各种粒径的原料，降低原料间的内摩擦力，大幅度改善材料的烧结和机械性能，解决了材料内部组织松散、强度低、易磨损的问题，施工形成的硬化材料稳定可靠，使用寿命更长。
12.进一步地，亚硫酸纸浆废液和铝溶胶的重量比为1:1.5-3.5。
13.第二方面，本发明提供一种回转窑用耐火材料的调制方法，包括：
14.将骨料和基质料的各组份混合，形成固体混合物；
15.将结合剂的各组份混合，加水并搅拌分散后，形成结合剂浆料；
16.将纤维料的各组份混合，然后加入上述结合剂浆料中，搅拌后形成浆料混合物；以及，
17.将上述固体混合物加入到上述浆料混合物中，搅拌混匀，得到可用于施工的耐火材料。该耐火材料能用于工业窑炉热工设备内衬及密封，也适用于各种热工熔槽、烟道等。
18.在具体实施方案中，形成结合剂浆料的步骤中，水的添加量为耐火材料原料的各组分总重量的5-15wt％。
19.在具体实施方案中，调制方法的各步骤中，搅拌采用机械搅拌，且搅拌时间不低于30min。
20.进一步地，搅拌时间为30-60min。
21.根据本发明，上述调制所得耐火材料还能直接用于修补窑炉等设备衬里，延长其使用寿命，该材料施工方便，能任意造型，适用于水泥窑中的高炉、电炉熔槽、回转窑及各种烟道、槽等部位的修补。
22.第三方面，本发明提供一种回转窑用耐火材料的施工方法，包括：
23.施工部位清洁：对待施工部位进行清洁杂物并且打磨，对将该部分表面氧化层等清理干净；
24.浇筑：在待施工部位安装好固定结构，分割成若干个浇注单元，然后将调制好的可用于施工的耐火材料依次浇注在固定结构中，振捣成型，然后设置排气孔，待拆除固定结构后，在缝隙处填充陶瓷纤维毯，再进行硬化养护；
25.烘炉：待材料硬化后，按照升温曲线进行烘炉，进一步促进耐火材料的固化定型，即完成施工。
26.在具体实施方案中，排气孔的间距为200mm
×
200mm或400mm
×
400mm。耐火材料浇注后进行充分的振捣能保证耐火材料整体结构更加致密，有利于增强耐火材料的机械强度，还能避免在烘炉步骤中发生坍塌等现象，保证设备的施工质量，提高施工效率。
27.在具体实施方案中，升温曲线如下：经12h由室温升至100℃，恒温10h后，经10h升温至200℃，然后恒温72h，再经10h升温至350℃，然后恒温48h，再经16h升温至650℃，然后
恒温24h，再经10h升温至850℃，然后恒温16h，再经10h升温至1050℃，然后恒温8h，自然冷却。烘炉是将成型的耐火材料中的水分蒸发出去，在高温下促进烧结，提高耐火材料的机械性能。
28.根据本发明，上述耐火材料的常温耐压强度(110℃
×
24h)不低于65mpa、常温抗折强度(110℃
×
24h)不低于8mpa、荷重软化温度(0.2mpa
×
4％)大于1500℃、体积密度≥2.7g/cm3、加热永久线变化(1100℃
×
3h)为
±
0.4％。
29.本发明提供的耐火材料，通过各原料间合理配比、调制并辅以有效地施工手段，能实现如下有益效果：
30.1)该耐火材料具有耐压强度高、耐磨性好、热震性能佳和抗碱、硫、氯等介质侵蚀能力强的优点，同时还具有较高的荷重软化温度，使用过程中不易发生断裂等损伤，使用寿命有效增长。
31.2)该耐火材料的调制方法能增强其抗磨能力，提高使产品强度、耐火度和抗腐蚀性能，根据各成分的功能合理安排步骤，将各成分的功能发挥到最大化，能提高耐火材料的整体性，有效增益其各种性能。
32.3)该耐火材料经调制后，施工方便，便于确保施工质量，缩短工期，降低浇注料消耗，使得回转窑的使用寿命延长，能最大限度地减少停车维修更换次数，保证了生产能连续进行，不影响运行周期，降低了检修成本和生产成本。
33.4)该耐火材料的用料配比及其调制方法和施工方法的相互结合，能提高耐火材料的整体性，达到高耐磨性、高耐腐蚀性、高抗热震性，还增强其抗折性能以及耐磨耐冲刷性，使用寿命长，更换周期长，显著降低了生产成本，大大提高了生产效率。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例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它实施例，也属于本发明保护的范围。
35.在另一些实施方案中，该耐火材料中al2o3的重量占比不低于70％。
36.在另一些实施方案中，另外提供了利用上述耐火材料的修补方法，具体如下：将破损处杂物清除干净，然后按照上述调制方法调制得到可用于施工的耐火材料，充分搅拌至潮湿无结团时，倒运到喷料机内，再将喷枪压力调至0.5-0.7mpa进行喷涂，并一次性喷射到与破损处表面齐平的厚度，硬化养护后，烘炉固化，即可完成修补，设备可再次投入使用。
37.上述技术方案，该修补方法能有效的提高原设备的使用寿命，在现场应用中取得了良好的结果，耐火材料具有良好的粘度，能与原结构充分结合和相容，大大减少了维修停机更换次数，使得生产可以连续进行，降低了维修成本和生产成本。
38.实施例1：
39.一种回转窑用耐火材料的调制方法，包括以下步骤：
40.(1)分别按重量份取骨料和基质料的各组份备用，然后将上述原料混合，搅拌均匀，得到固体混合物；上述基质料包括碳化硅细粉5份、莫来石微粉5份、氧化铝细粉5份和刚玉细粉5份，基质料中各原料的粒径为0.1-1mm；上述骨料包括铝矾土熟料40份、锆莫石10份
和刚玉细砂30份，骨料中各原料的粒径为1-10mm。
41.(2)取结合剂中两种组份亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:1.5混匀，然后向其中加水，充分搅拌分散30min，得到结合剂浆料；上述水的添加量为耐火材料的原料总重量的5wt％。
42.(3)按重量比取纤维料的各组份混合，将所得混合物加入到上述结合剂浆料中，充分搅拌30min，得到浆料混合物；上述纤维料包括硅酸铝纤维5份、聚丙烯纤维3份、不锈钢纤维5份、防爆纤维3份；纤维添加料中各原料的粒径为5-10mm。
43.(4)将上述固体混合物加入到上述浆料混合物中，搅拌混匀30min，得到可用于施工的耐火材料。
44.实施例2：
45.一种回转窑用耐火材料的施工方法，包括以下步骤：
46.1)施工部位清洁：对待施工部位进行清洁杂物并且打磨，对将该部分表面氧化层等清理干净。
47.2)浇筑：在待施工部位安装好固定结构，分割成若干个浇注单元，然后将实施例1中调制好的可用于施工的耐火材料依次浇注在固定结构中，振捣成型，然后设置间距为200mm
×
200mm的排气孔，拆除固定结构后，在缝隙处填充陶瓷纤维毯，再进行硬化养护；
48.3)烘炉：待材料硬化后，按照升温曲线进行烘炉，进一步促进耐火材料的固化定型，即完成施工；上述升温曲线如下：经12h由室温升至100℃，恒温10h后，经10h升温至200℃，然后恒温72h，再经10h升温至350℃，然后恒温48h，再经16h升温至650℃，然后恒温24h，再经10h升温至850℃，然后恒温16h，再经10h升温至1050℃，然后恒温8h，自然冷却。
49.实施例3：
50.一种回转窑用耐火材料的施工方法，包括以下步骤：
51.(1)分别按重量份取骨料和基质料的各组份备用，然后将上述原料混合，搅拌均匀，得到固体混合物；上述基质料包括碳化硅细粉10份、莫来石微粉10.5份、氧化铝细粉8份和刚玉细粉10份，基质料中各原料的粒径为0.1-1mm；上述骨料包括铝矾土熟料55份、锆莫石15份和刚玉细砂40份，骨料中各原料的粒径为1-10mm。
52.(2)取结合剂中两种组份亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3混匀，然后向其中加水，充分搅拌分散45min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的10wt％。
53.(3)按重量比取纤维料的各组份混合，将所得混合物加入到上述结合剂浆料中，充分搅拌45min，得到浆料混合物；上述纤维料包括硅酸铝纤维7.5份、聚丙烯纤维3.5份、不锈钢纤维7份、防爆纤维4份；纤维添加料中各原料的粒径为5-10mm。
54.(4)将上述固体混合物加入到上述浆料混合物中，搅拌混匀45min，得到可用于施工的耐火材料。
55.(5)施工部位清洁：对待施工部位进行清洁杂物并且打磨，对将该部分表面氧化层等清理干净。
56.(6)浇筑：在待施工部位安装好固定结构，分割成若干个浇注单元，然后将调制好的可用于施工的耐火材料依次浇注在固定结构中，振捣成型，然后设置间距为400mm
×
400mm的排气孔，拆除固定结构后，在缝隙处填充陶瓷纤维毯，再进行硬化养护；
57.(7)烘炉：待材料硬化后，按照升温曲线进行烘炉，进一步促进耐火材料的固化定型，即完成施工；上述升温曲线如下：经12h由室温升至100℃，恒温10h后，经10h升温至200℃，然后恒温72h，再经10h升温至350℃，然后恒温48h，再经16h升温至650℃，然后恒温24h，再经10h升温至850℃，然后恒温16h，再经10h升温至1050℃，然后恒温8h，自然冷却。
58.实施例4：
59.本实施例中对耐火材料及其调制方法进行了优化，措施如下：本实施例中采用的结合剂中组份包括：亚硫酸纸浆废液、铝溶胶、六偏磷酸钠和硫酸锆，且该结合剂中包含有3wt％的六偏磷酸钠和5wt％的硫酸锆。新组成的结合剂各组分间相互配合，在机械剪切作用下能充分形成网状结构而增强凝结性能，在烘炉时利用熔融状态或可能的晶格变化，能有效缓解其他原料间形变应力，进一步改善耐火材料间的致密度，更提高了耐火材料的抗侵蚀性能和机械性能。
60.在具体地实施方案中，回转窑用耐火材料的施工方法与实施例3中一致，不同之处仅在于以下步骤：步骤(2)中，取亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3混匀，然后向其中添加3wt％的六偏磷酸钠和5wt％的硫酸锆，再向其中加水，充分搅拌分散45min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的10wt％。
61.实施例5：
62.一种回转窑用耐火材料的施工方法，包括以下步骤：
63.(1)分别按重量份取骨料和基质料的各组份备用，然后将上述原料混合，搅拌均匀，得到固体混合物；上述基质料包括碳化硅细粉15份、莫来石微粉15份、氧化铝细粉10份和刚玉细粉15份，基质料中各原料的粒径为0.1-1mm；上述骨料包括铝矾土熟料60份、锆莫石50份和刚玉细砂50份，骨料中各原料的粒径为1-10mm。
64.(2)取结合剂中两种组份亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3.5混匀，然后向其中加水，充分搅拌分散60min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的15wt％。
65.(3)按重量比取纤维料的各组份混合，将所得混合物加入到上述结合剂浆料中，充分搅拌60min，得到浆料混合物；上述纤维料包括硅酸铝纤维10份、聚丙烯纤维5份、不锈钢纤维8份、防爆纤维5份；纤维添加料中各原料的粒径为5-10mm。
66.(4)将上述固体混合物加入到上述浆料混合物中，搅拌混匀60min，得到可用于施工的耐火材料。
67.(5)施工部位清洁：对待施工部位进行清洁杂物并且打磨，对将该部分表面氧化层等清理干净。
68.(6)浇筑：在待施工部位安装好固定结构，分割成若干个浇注单元，然后将调制好的可用于施工的耐火材料依次浇注在固定结构中，振捣成型，然后设置间距为400mm
×
400mm的排气孔，拆除固定结构后，在缝隙处填充陶瓷纤维毯，再进行硬化养护；
69.(7)烘炉：待材料硬化后，按照升温曲线进行烘炉，进一步促进耐火材料的固化定型，即完成施工；上述升温曲线如下：经12h由室温升至100℃，恒温10h后，经10h升温至200℃，然后恒温72h，再经10h升温至350℃，然后恒温48h，再经16h升温至650℃，然后恒温24h，再经10h升温至850℃，然后恒温16h，再经10h升温至1050℃，然后恒温8h，自然冷却。
70.实施例6：
71.本实施例的回转窑用耐火材料的施工方法，与实施例5中一致，不同之处仅在于以下步骤：步骤(2)中，取亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3.5混匀，然后向其中添加3wt％的六偏磷酸钠和5wt％的硫酸锆，再向其中加水，充分搅拌分散60min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的15wt％。
72.对比例1：
73.本对比例中回转窑用耐火材料的施工方法与实施例4中一致，不同之处仅在于以下步骤：步骤(2)中，取亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3混匀，然后向其中添加3wt％的六偏磷酸钠和0wt％的硫酸锆，再向其中加水，充分搅拌分散45min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的10wt％。
74.对比例2：
75.本对比例中回转窑用耐火材料的施工方法与实施例4中一致，不同之处仅在于以下步骤：步骤(2)中，取亚硫酸纸浆废液和铝溶胶按重量比1:3混匀，然后向其中添加0wt％的六偏磷酸钠和5wt％的硫酸锆，再向其中加水，充分搅拌分散45min，得到结合剂浆料；水的添加量为耐火材料的原料总重量的10wt％。
76.实验例1：
77.不同耐火材料的性能评价
78.实验方法：按照实施例3-6和对比例1-2中的方法，分别调制相同重量的可用于施工的耐火材料。将上述调制所得耐火材料浇注入40mm
×
40mm
×
160mm的模具中，振动2min，然后将所得试模在室温下养护24h后脱模，室温下放置24h后，再将试模在110℃下干燥24h后，经1000℃和1600℃空气条件下保温3h；按照gb/t2997-2015，gb/t5072-2008，gb/t3001-2017等对试样进行体积密度、常温及烧后抗压强度和抗折强度测试。采用静态坩埚法测试耐火材料的抗渣侵蚀性，其试样为70mm
×
70mm
×
70mm的立方块，内部坩埚尺寸为φ＝40mm、h＝40mm，称取30g钢渣放入试样内部坩埚中，再将此试样在1600℃空气条件下保温3h，冷却后，观察渣侵蚀试样的断面，并测试和计算钢渣侵蚀后的熔渣侵蚀面积率％。其他性能均按照国标测试。每组设有5个平行实验。结果如下表1所示。
79.表1不同耐火材料的性能测试结果
80.[0081][0082]
结果显示，实施例3-6和对比例1-2的方法调制的耐火材料均表现出优异的机械性能，具有较高的耐火度、优异的抗介质侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热稳定性。施工后能有效地提高设备的使用寿命，同时最大限度地减少检修工作时间，降低检修成本和生产成本。
[0083]
另外，实施例3和对比例1-2的试样经过钢渣侵蚀后，被侵蚀区域边缘极其不规则，而实施例4的试样边缘区域较为平整，且被侵蚀面积率显著低于其他试样；同样实施例5和6对比发现，实施例6的被侵蚀面积率也显著低于实施例5。可能的原因是熔渣通过渗透和化学溶解侵蚀，进入材料内部进行侵蚀破坏，而实施例4和6的材料在调制过程中，各组分间凝结效果更好，进一步改善了耐火材料间的致密度，使得耐火材料的机械性能提高，也表现出更优异的抗侵蚀性能，减少和降低了部分侵蚀破坏。
[0084]
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。