一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及焦炉炭化室炉墙修补技术领域，尤其涉及一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.焦炉在长期生产过程中，受高温、机械冲击气体侵蚀等作用，炉体在逐渐衰老，主要表现在炉墙砖面剥蚀、掉角；炉墙砖和炉顶砖(过桥砖)的龟裂；炉墙的变形；底部砖的磨损；炉体膨胀量的增加。特别是炉头部位，在生产操作中，每个结焦周期要开启炉门而降低炉墙温度，使炉头部位受冷空气的侵袭，给炉头砖带来急冷的破坏作用，使炉头墙产生裂纹、麻面、剥蚀、掉角，严重时可能发生炉墙面凹陷以至熔洞，造成炭化室与燃烧室之间的严重串漏，影响加热制度的调节。造成小炉头窜漏冒烟着火，损害焦炉砌体和烧损护炉铁件，同时带来环境的污染。
3.目前，大多数焦炉主要采用以下方法进行修补：
4.一是喷补抹补处理方法，抹补料通常采用粘土质磷酸泥料，其挂料时间大约在2-3个月左右，操作简便，成本低，对生产影响小，抹补重复性大，对修炉墙面的影响大，因是湿补法，墙面受极冷，易造成二次伤害。
5.二是半干法喷补方法，利用喷补料与炉墙砖相似的性能，在高温下二者粘结在一起。它利用压缩空气将喷补料送至喷嘴，在混合器内与粘结剂混匀通过喷枪将混合均匀的料喷至墙面，对炉体进行修补其挂料时间大约在6-12个月左右。喷补前用空气锤清理墙面石墨、炉砖疏松部分。清理时间约占全部修理时间的2/3，共需2～3小时，影响炉号的生产。
6.三是陶瓷焊补方法，燃烧形成的局部高温使修补物和破损部位熔化，从而将修补物导入修补处耐火材料晶体晶格中，产生了在整个耐火材料上延伸的连续结构，使受损的耐火材料表面得到修复，加之焊补料与基材耐火材料材质接近，焊补后焊补料与母材耐火材料熔为一体。陶瓷焊补方法存在的问题是，焊补炭化室墙炉损坏面平均每孔须耗时6-10小时，且成本高。
7.cn107445633a公开一种用于焦炉炉墙裂缝热态修补的液体灌浆材料及制备方法，按质量份数计算由100份水玻璃、100～250份固体填料及9～16份添加剂组成，所述固体填料按质量百分比计算由50％～70％莫来石、20％～30％耐火黏土和10％～20％石英砂组成，所述添加剂由分散剂、渗透剂和消泡剂组成。将添加剂和固体填料先后加入水玻璃溶液中并混合均匀后即得用于焦炉炉墙裂缝热态修补的液体灌浆材料，其是一种易泵送且可与被修补的耐火材料有较好的粘结性、可固化烧结温度广、施工方便的灌浆材料。
8.cn102010212a公开了一种加热炉修补料及其制备方法，以(重量百分比)2～20％的硅酸钠和/或偏硅酸钠为结合剂、以97～80％的刚玉、矾土或莫来石为主要原料，以0.5～8％二氧化硅微粉、0.5～8％氧化铝微粉或0.5～8％矾土微粉为助烧结剂，将以上原料混合均匀，制备出一种加热炉修补料。该种材料在现场用料斗或铁锹将上述修补料投入正常运行的加热炉炉底待修补凹坑处，经3-4小时的烧结，加热炉修补料与炉底耐火材料烧结成整
体，即可正常使用；由于流动性不好且烧结时间长使其只适用于加热炉炉底表面凹坑处的修补工作而不能胜任焦炉炉体中细微裂缝的粘结维修。
9.cn102924093a公开了一种适用于修补焦炉砖缝的填入料，其原料组分的重量百分比为：粘土泥料51～59％、有机硅树脂25～30％，水玻璃5～10％；五乙烯六胺(简称六胺)5～10％。但该填入料的原料中粘土泥料的收缩性大，外加有机硅树脂、还有水玻璃，收缩量更大，即使能够填充细缝，也会因为收缩剥落。
10.因此，开发一种原料成本低，得到的抹补泥料粘结性和可塑性好，挂料时间长，无裂缝和起泡现象的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料及其制备方法具有重要意义。


技术实现要素：

11.为解决上述技术问题，本发明提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料及其制备方法和用途，采用特定比例的原料焦炉耐火抹补粘结剂、高铝质火泥和粘土砖渣骨料配制得到焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，可以实现对焦炉炭化室炉墙各部位快速热态修补，操作简单，粘结性和可塑性好，挂结牢固，掉料很少，无裂缝和起泡现象。
12.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
13.第一方面，本发明提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：焦炉耐火抹补粘结剂45～55％，高铝质火泥15～20％和粘土砖渣骨料30～35％。
14.本发明所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料以焦炉耐火抹补粘结剂为主料，高铝质火泥和粘土砖渣骨料为辅助料，该原料成分与焦炉硅砖接近，所制备得到的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料抗气流冲击性好，能够很好地黏附在炉墙壁，粘结时间10～13秒，高温体积稳定，不剥落，延长了挂料时间，解决了焦炉炭化室墙炉熔洞、麻面处理采用抹补处理效果不好的问题，在炉头部位使用效果更加明显。本发明限定各原料的质量百分比在特定范围，既实现了原料成本低，又能保证得到的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的致密度及强度高，烧后线变化小，高温稳定性好，使用寿命长。所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料中高铝质火泥中al2o3的质量含量≥75％，相比于普通粘土火泥而言，质密、抗渣性能、抗磨性能和冷热急变性均较好；当泥料干燥烧结时，其收缩率和膨胀率与炉砖接近，能与砖面牢固挂结；能抵抗机械磨损、化学侵蚀和冷热应力，并具有相当高的耐火度，不致烧熔，从而使用周期长。
15.本发明所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料解决了传统焦炉抹补料挂料时间短，半干法喷补和陶瓷焊补法对生产的影响需3～5小时，维修费用成本高，设备工艺处理复杂的问题，可广泛应用于炭化室各部位的热态抹补，抹补时间短，挂料时间长，可有效提高焦炉炭化室炉墙的严密性。
16.本发明中按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：焦炉耐火抹补粘结剂45～55％，例如可以是45％、46％、47％、48％、49％、50％、52％、53％或55％，高铝质火泥15～20％，例如可以是15％、16％、17％、18％、19％或20％，粘土砖渣骨料30～35％，例如可以是30％、31％、32％、33％、34％或35％。
17.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂包括nj—816耐火抹补粘结剂。
18.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂中al2o3的质量含量≥48％，例如可以是48％、49％、50％、52％、53％、55％、60％、70％或80％。
19.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂的荷重软化温度≥1650℃，例如可以是1650℃、1680℃、1700℃、1720℃、1750℃、1800℃、1900℃或2000℃。
20.本发明优选所述焦炉耐火抹补粘结剂的荷重软化温度≥1650℃，具有可以不停炉在热态650℃以上施工作业，综合强度高，耐磨、抗震、抗剥落，牢固耐用的优势。
21.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂的粘结时间≤35s，例如可以是35s、34s、33s、32s、30s、27s、25s、22s、20s、10s或5s。
22.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂的体积密度为300～2600kg/m3，例如可以是300kg/m3、500kg/m3、900kg/m3、1000kg/m3、1300kg/m3、1800kg/m3、2000kg/m3或2600kg/m3。
23.优选地，所述焦炉耐火抹补粘结剂的线膨胀率为-0.26％～0.26％，例如可以是-0.26％、-0.2％、-0.15％、-0.1％、0.1％、0.13％、0.18％、0.2％或0.26％。
24.优选地，所述高铝质火泥中al2o3的质量含量≥75％，例如可以是75％、78％、79％、80％、82％、85％、90％或95％。
25.优选地，所述高铝质火泥的耐火度≥1790℃，例如可以是1790℃、1800℃、1820℃、1850℃、1880℃、1900℃或2000℃。
26.优选地，所述高铝质火泥的粘结时间为1～3min，例如可以是1min、1.5min、1.7min、2min、2.3min、2.5min、2.8min或3min。
27.优选地，所述粘土砖渣骨料中al2o3的质量含量≥38％，例如可以是38％、40％、45％、50％、55％或60％。
28.优选地，所述粘土砖渣骨料的耐火度≥1690℃，例如可以是1690℃、1700℃、1720℃、1750℃、1800℃、1900℃或2000℃。
29.优选地，所述粘土砖渣骨料的粒径≥2mm，例如可以是2mm、3mm、5mm、8mm、10mm、15mm或20mm。
30.本发明所述粘土砖渣骨料的粒径可根据修补部位大小和深度来适当加大。
31.本发明所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料适用于炭化室炉墙裂缝，炉肩剥落，炉墙熔洞及焦炉各部为的喷补、抹补。在使用过程中仅需要熟练的热修工，主要维修工具包括喷浆机及喷浆杆、长铲刀和长灰匙抹子，在维修过程需要车辆配合，提供一定压力的空气和清洁水。选择焦炉处于空炉或出焦前的状态下进行维修，不需要采取保温措施，对炉头仅局部降温，因此对炉温的影响少。
32.第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
33.(1)焦炉耐火抹补粘结剂经第一搅拌，得到第一物料；
34.(2)向所述第一物料中加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料经第二搅拌，得到第二物料；
35.(3)所述第二物料经困料处理，得到所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料。
36.本发明所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法操作简单，首先对原料焦炉耐火抹补粘结剂进行第一搅拌，排出焦炉耐火抹补粘结剂中磷酸盐胶体产生的气体气泡；之后加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料进行第二搅拌，一方面，使焦炉耐火抹补粘结剂中磷酸盐胶体和高铝质火泥和粘土砖渣骨料进行充分粘结，另一方面，排出搅拌过程中所产生的气体气泡；最后，对所述第二物料进行困料处理，使其充分反应，并使生成的气体逸出。
37.优选地，步骤(1)所述第一搅拌在强力搅拌机内进行。
38.优选地，所述第一搅拌的温度为0～37℃，例如可以是0℃、5℃、10℃、20℃、25℃、30℃、35℃或37℃。
39.优选地，所述第一搅拌的转速为46～50r/min，例如可以是46r/min、47r/min、48r/min、49r/min或50r/min。
40.优选地，所述第一搅拌的时间为20～30min，例如可以是20min、22min、25min、28min、29min或30min。
41.优选地，步骤(2)所述第一物料、高铝质火泥和粘土砖渣骨料的质量比为(45～55):(15～20):(30～35)，例如可以是45:20:35、46:20:34、48:19:33、49:18:33、52:16:32或55:15:30。
42.优选地，所述第二搅拌的转速为46～50r/min，例如可以是46r/min、47r/min、48r/min、49r/min或50r/min。
43.优选地，所述第二搅拌的时间为20～30min，例如可以是20min、22min、25min、28min、29min或30min。
44.优选地，步骤(3)所述困料处理包括交替进行的静置和第三搅拌。
45.优选地，所述静置和第三搅拌至少交替重复2次，例如可使用2次、3次、4次或5次。
46.优选地，所述静置的时间为10～14h，例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h、12h、13h或14h。
47.优选地，所述第三搅拌的转速为46～50r/min，例如可以是46r/min、47r/min、48r/min、49r/min或50r/min。
48.优选地，所述第三搅拌的时间为10～20min，例如可以是10min、12min、13min、15min、16min、17min、19min或20min。
49.本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
50.作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
51.(1)焦炉耐火抹补粘结剂在强力搅拌机内进行温度为0～37℃、转速为46～50r/min的第一搅拌20～30min，得到第一物料；
52.(2)向所述第一物料中加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料经转速为46～50r/min第二搅拌20～30min，得到第二物料；所述第一物料、高铝质火泥和粘土砖渣骨料的质量比为(45～55):(15～20):(30～35)；
53.(3)所述第二物料进行至少交替重复2次的静置和第三搅拌的困料处理，得到所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料；所述静置的时间为10～14h；所述第三搅拌的转速为46～50r/min；所述第三搅拌的时间为10～20min。
54.第三方面，本发明还提供一种第一方面所述的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的用途，所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料用于焦炉炭化室炉墙的热态修补。
55.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
56.(1)本发明提供的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的致密度及强度高，烧后线变化小，具有优良的耐磨性，抗冲刷性和抗腐蚀能力，耐高温，高温稳定性好，修补效果非常好，使用
寿命长；
57.(2)本发明提供的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的粘结性和可塑性好，挂结牢固、坚硬耐磨，无裂缝和起泡现象，修补面平整，操作简单容易，挂料时间长达年以上，是传统补炉泥料四倍以上，有效地阻止延缓炉墙进一步损坏，消除了炉头串漏现象，保持炉头完好平整，同时大大减轻了热修工的劳动强度，有效解决传统工艺对炉体损坏大、易造成反修补的问题；
58.(3)本发明提供的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法对设备要求低且施工时操作简便，可以不停炉在热态下施工，更加有利于焦炉的生产和长寿。
具体实施方式
59.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
60.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
61.以下实施例和对比例中提到的nj—816耐火抹补粘结剂、高铝质火泥、粘土砖渣骨料和普通火泥均为是市售商品。
62.实施例1
63.本实施例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：nj—816耐火抹补粘结剂48％，高铝质火泥19％和粘土砖渣骨料33％。
64.所述nj—816耐火抹补粘结剂中al2o3的质量含量为48％；荷重软化温度为1700℃；粘结时间为25s；体积密度为2000kg/m3，线膨胀率为-0.1％。
65.所述高铝质火泥中al2o3的质量含量为75％；耐火度为1850℃；粘结时间为1.5min。
66.所述粘土砖渣骨料中al2o3的质量含量为42％；耐火度为1700℃；粒径为5mm。
67.本实施例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
68.(1)nj—816耐火抹补粘结剂在强力搅拌机内进行温度为20℃、转速为46r/min的第一搅拌20min，得到第一物料；
69.(2)向所述第一物料中加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料经转速为46r/min第二搅拌20min，得到第二物料；所述第一物料、高铝质火泥和粘土砖渣骨料的质量比为48:19:33；
70.(3)所述第二物料进行交替重复3次的静置和第三搅拌的困料处理，得到所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料；所述静置的时间为14h；所述第三搅拌的转速为46r/min；所述第三搅拌的时间为10min。
71.实施例2
72.本实施例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：nj—816耐火抹补粘结剂45％，高铝质火泥20％和粘土砖渣骨料35％。
73.所述nj—816耐火抹补粘结剂中al2o3的质量含量为48％；荷重软化温度为1650℃；粘结时间为35s；体积密度为1000kg/m3，线膨胀率为0.1％。
74.所述高铝质火泥中al2o3的质量含量为80％；耐火度为1790℃；粘结时间为3min。
75.所述粘土砖渣骨料中al2o3的质量含量为40％；耐火度为1690℃；粒径为2mm。
76.本实施例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
77.(1)nj—816耐火抹补粘结剂在强力搅拌机内进行温度为0℃、转速为50r/min的第一搅拌30min，得到第一物料；
78.(2)向所述第一物料中加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料经转速为50r/min第二搅拌25min，得到第二物料；所述第一物料、高铝质火泥和粘土砖渣骨料的质量比为45:20:35；
79.(3)所述第二物料进行交替重复2次的静置和第三搅拌的困料处理，得到所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料；所述静置的时间为12h；所述第三搅拌的转速为50r/min；所述第三搅拌的时间为20min。
80.实施例3
81.本实施例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：nj—816耐火抹补粘结剂55％，高铝质火泥15％和粘土砖渣骨料30％。
82.所述nj—816耐火抹补粘结剂中al2o3的质量含量为55％；荷重软化温度为1750℃；粘结时间为30s；体积密度为1600kg/m3，线膨胀率为-0.26％。
83.所述高铝质火泥中al2o3的质量含量为88％；耐火度为1990℃；粘结时间为1min。
84.所述粘土砖渣骨料中al2o3的质量含量为43％；耐火度为1690℃；粒径为8mm。
85.本实施例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
86.(1)nj—816耐火抹补粘结剂在强力搅拌机内进行温度为37℃、转速为47r/min的第一搅拌25min，得到第一物料；
87.(2)向所述第一物料中加入高铝质火泥和粘土砖渣骨料经转速为48r/min第二搅拌28min，得到第二物料；所述第一物料、高铝质火泥和粘土砖渣骨料的质量比为55:15:30；
88.(3)所述第二物料进行交替重复4次的静置和第三搅拌的困料处理，得到所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料；所述静置的时间为12h；所述第三搅拌的转速为49r/min；所述第三搅拌的时间为15min。
89.实施例4
90.本实施例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料除了原料中nj—816耐火抹补粘结剂的荷重软化温度为1500℃外，其余均与实施例1相同。
91.本实施例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法与实施例1相同。
92.对比例1
93.本对比例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，除了将原料中高铝质火泥的质量百分比替换为29％，并将其他原料减少，以此平均分摊多出的百分含量外，其余均与实施例1相同。即按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：nj—816耐火抹补粘结剂43％，高铝质火泥29％和粘土砖渣骨料28％。
94.本对比例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法与实
施例1相同。
95.对比例2
96.本对比例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，除了将原料中高铝质火泥的质量百分比替换为9％，并将缺少的百分含量平均分摊到其他原料外，其余均与实施例1相同。即按质量百分比计所述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的原料包括：nj—816耐火抹补粘结剂53％，高铝质火泥9％和粘土砖渣骨料38％。
97.本对比例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法与实施例1相同。
98.对比例3
99.本对比例提供一种焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，除了将的高铝质火泥替换为普通的粘土火泥外，其余均与实施例1相同，普通的粘土火泥中al2o3的质量含量为35～47％。
100.本对比例还提供上述焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的制备方法，所述制备方法与实施例1相同。
101.上述实施例和对比例中焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的抹补方法包括如下步骤：
102.在空炉或出焦前进行抹补维修，由熟练的热修工用2500
㎜
的长铲刀对炭化室炉墙损坏区域位置进行清理，去除原修补泥料和焦油杂物；之后用压缩空气吹扫清理干净炉墙修补位置，将配制好的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料装入喷浆机内，开浆喷补；最后用2500
㎜
的长灰匙抹上焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，并对准炭化室炉墙损坏区域位置用力挤压焦炉炉墙热态抹补耐火泥料，使其与修补部位粘结牢固，将修补面抹平，确保炭化室炉墙平整。
103.实施例1～3提供的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料用于焦炉炭化是热态抹补后，挂结牢固、坚硬耐磨，无裂缝和起泡现象，修补面平整，挂料时间长达年以上，有效地延缓了炉墙进一步损坏，消除了炉头串漏现象，保持炉头完好平整，同时大大减轻了热修工的劳动强度。
104.实施例4由于原料中焦炉耐火抹补粘结剂的荷重软化温度为1500℃，导致配制得到的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料不能很好的耐高温，挂料时间缩短。
105.对比例1～2由于原料中高铝质火泥的质量百分比过高或过低，导致配制得到的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料的性能大幅度降低，抗气流冲击性降低，粘结时间延长，高温体积不稳定，易剥落，大大缩短了挂料时间。
106.对比例3由于采用了普通的粘土火泥，其中al2o3的质量含量仅为35～47％，导致配制得到的焦炉炉墙热态抹补耐火泥料有较大的残余收缩，荷重软化点低在1150℃以上时会产生蠕变，修补后的泥料易剥落。
107.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的焦炉炭化室炉墙热态抹补耐火泥料有效解决了焦炉抹补料挂料时间短，频繁的修补炉使得焦炉炭化室炉墙进一步损坏问题，挂料时间长达一年以上，是传统补炉泥料四倍以上，有效地阻止延缓炉墙进一步损坏，消除了炉墙损坏串漏现象，保持炉墙完好平整。
108.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。