專利名稱：一種高爐出鐵溝用耐火材料澆注料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種煉鐵高爐出鐵溝在高溫條件下使用的出鐵溝澆注料耐高溫材料，屬耐火材料技術領域。
背景技術：
粉煤灰是大中型火力發電廠流化床鍋爐大量排放的廢棄物。它是由磨成一定細度的煤粉在流化床鍋爐中經過高溫燃燒后由收塵器收集到的細灰，國外稱為飄灰或飛灰。它是一種具有活性的物質，其主要化學成分為二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、少量氧化鐵(Fe2O3)和氧化鈣(CaO)(煤燃燒時未加含鈣的脫硫劑時)。其中SiO2和Al2O3含量最高，兩者之和一般占60％以上，是粉煤灰的主要活性成分和耐高溫成分。燃煤電廠每發一度電，約需標準煤300克，即產生粉煤灰約100克，每燃燒一噸原煤，能產生粉煤灰250～300公斤，燃煤發電每千瓦裝機容量，年排灰量一噸左右，也就是說，裝機容量為100萬千瓦的燃煤發電廠，年排灰量可達100萬噸。
數量如此巨大的粉煤灰，有的被排入灰場，占據大量農田，有的被排入江河，對環境造成污染。冬季時，燃煤量上升，導致空氣中飛灰增加，影響人的呼吸，危害人體健康。怎樣解決如此大量的灰渣排放，消除危害，把粉煤灰經過再加工后得到增值利用，已經成為電力、環保和材料行業的一個重要課題。
我國大多數電廠都直接或間接地將粉煤灰用于生產，這樣不但可減少土地占用，減輕環境污染，并且可節約資源，創造出一定的經濟效益。粉煤灰可用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，并成為水泥、混凝土的組分，而且可以用作生產水泥的原料，制造燒結磚、蒸壓加氣混凝土、泡沫混凝土、空心砌磚、燒結陶粒，鋪筑道路；構筑壩體，建設港口，農田坑洼低地、煤礦塌陷區及礦井的回填；生產肥料、改良土壤等都有見到過報道。現階段粉煤灰還有一些用途正處于研究開發中，例如從粉煤灰中選鐵、提取鋁，把粉煤灰用于橡膠、塑料中作涂料，用于油漆、造紙中作填料或涂料，用粉煤灰處理污水；用粉煤灰生產泡沫玻璃，以粉煤灰制品代替建筑板材等。
目前，國內粉煤灰的利用主要以水泥和混凝土等建筑材料行業為主，其利用的增值效應不高，而且利用率還是較低，仍有大部分粉煤灰被堆積廢棄，既占用大量土地又嚴重污染環境。
隨著流化床發電鍋爐技術的發展和電力供應及煤炭資源的緊張，流化床發電鍋爐已經開始燃燒煤和煤矸石混合物用來發電。燃燒煤矸石發電產生并且未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰其特征是氧化鋁含量較高，氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵含量小于1.0％(可以通過磁性除鐵)。這種由流化床發電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產出的高鋁粉煤灰目前占粉煤灰排放總量再不斷上升，如果將上述含有高氧化鋁含量和二氧化硅等耐高溫物相的粉煤灰用于生產墻體材料等建筑材料將會造成氧化鋁資源的極大浪費。所以，研究發明高鋁粉煤灰的綜合利用具有重要的現實意義。
我國是世界鋼鐵產量大國，消耗大量的耐火材料。國內大中型高爐出鐵溝用耐火材料一般要求是耐高溫、耐侵蝕、耐沖刷、抗滲透、高導熱性。大中型高爐出鐵溝用耐火材料主要是Al2O3-SiC-C質澆注料，其原料中以剛玉和碳化硅為主，價格較高，比如一般剛玉價格在每噸4000～7000元左右，碳化硅每噸6000元左右。而粉煤灰是大中型火力發電廠流化床鍋爐大量排放的廢棄物，其價格僅為幾十元或僅僅花費短途運費即可。在當今市場經濟條件下的競爭日益激烈，提高勞動生產率，研究和生產低成本高性能的大中型高爐出鐵溝用耐火材料是企業發展追求的根本目標。
發明內容
本發明的目的是針對現有高鋁粉煤灰的綜合增值利用和高爐出鐵溝澆注料所用原料價格較高，而導致成本較高的問題，提出一種抗高爐渣性能和使用性能優良，成本低的高爐出鐵溝耐火材料澆注料。
本發明提出的一種高爐出鐵溝耐火材料澆注料，其特征在于該澆注料以工業級剛玉粉料、SiC粉料、高溫瀝青粉料、氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥、a-Al2O3超細粉、SiO2超細微粉、金屬硅粉為主要原料，以三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為分散劑，以金屬鋁粉為添加劑，并加入適量防爆有機纖維和高鋁粉煤灰；所述工業級剛玉粉料按照占總配料質量分數的10～90％；碳化硅粉料按照占總配料質量分數的5～35％；高溫瀝青按照占總配料質量分數的0.3～8％；氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥按照占總配料質量分數的0.1～7％；a-Al2O3超細粉按照占總配料質量分數的0.5～10％；SiO2超細微粉按照占總配料質量分數的0.5％～7％；金屬硅粉按照占總配料質量分數的0.1～5％；三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉按照占總配料質量分數的0.001～1％；金屬鋁粉按照占總配料質量分數的0.001～1％；防爆有機纖維按照占總配料質量分數的0.001～1％；高鋁粉煤灰按照占總配料質量分數的1～30％。
在上述耐火材料澆注料中，所述工業級剛玉粉料中Al2O3含量大于88％，顆粒大小為≤40mm；碳化硅粉料中SiC含量大于90％，顆粒大小為≤3.5mm；高溫瀝青(工業級高溫瀝青產品，小于1mm)；氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥(工業級耐高溫水泥產品)；a-Al2O3微粉，要求Al2O3含量大于98％，顆粒大小為≤10um；SiO2超細微粉中SiO2含量要大于88％，顆粒大小為≤1um；金屬硅粉中Si含量要大于88％，顆粒大小為≤30um；三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉(工業級化工產品，)；金屬鋁粉中Al含量要大于95％，顆粒大小為≤50um；有機防爆裂纖維(熔點115～160℃，直徑30～120um，長度3～5um)。
在上述耐火材料澆注料中，所述高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵小于1.0％，所述高鋁粉煤灰為流化床發電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產出的未加入含鈣脫硫劑的高鋁粉煤灰。
本發明提出的一種高爐出鐵溝耐火材料澆注料的制備方法，其特征在于所述方法首先將上述各種原料按所述的比例進行配料，然后在攪拌機里攪拌后包裝；使用時再加水攪拌，加水量占總攪拌料質量的3～7％；將攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動；澆注料經自然硬化干燥并脫模后，再經過80℃～700℃烘干排除澆注料的水分后即為高爐出鐵溝耐火材料澆注料由于本發明在鐵溝澆注料中添加不同質量分數的高鋁粉煤灰，所制備的高爐出鐵溝用耐火材料澆注料性能穩定，能夠滿足工業生產要求，并可降低鐵溝澆注料的成本，也為粉煤灰的綜合利用開辟了新的應用途徑。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明本發明采用的原料配方和配比分別為工業級剛玉原料(也可以是電熔致密剛玉、電熔白剛玉、電熔棕剛玉或致密高鋁礬土熟料)的顆粒和細粉(Al2O3含量一般要大于88％，顆粒大小為≤40mm)占總配料質量分數的50～90％其中40～8mm的剛玉原料顆粒占總配料質量分數的2％～25％，8～5mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的2％～25％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的2％～20％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數2％～25％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的2.0％～18％；碳化硅顆粒和細粉(SiC含量一般要大于90％，顆粒大小為≤5mm)占總配料質量分數的5～35％；高溫瀝青(小于1mm)占總配料質量分數的0.3～8％；氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥(小于0.1mm)占總配料質量分數的0.1～7％，a-Al2O3微粉(Al2O3含量一般要大于98％，顆粒大小為≤10um)占總配料質量分數的0.5～10％；SiO2超細微粉(SiO2含量一般要大于88％，顆粒大小為≤1um)占總配料質量分數的0.5％～7％；金屬硅粉占總配料質量分數的0.1～5％；三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉占總配料質量分數的0.001～1％；金屬鋁粉占總配料質量分數的0.001～1％；防爆有機纖維0.001～1％。高鋁粉煤灰(要求是氧化鋁含量大于30％和氧化鈣含量小于5％的流化床發電鍋爐產出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰)占總配料質量分數的1～30％。
將上述各種原料按本發明所述的比例先進行配料，然后在攪拌機里將配合料攪拌2～30分鐘后包裝發運。在使用時再加水攪拌20秒～5分鐘(加水量占總攪拌料質量的3～7％)，攪拌后使之達到一定的流動性，攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動達到流動成型的目的，經自然硬化干燥并脫模后再經過80℃至700℃烘干排除澆注料的水分后即可投入使用。采用上述的原料和工藝技術生產的澆注料耐火材料即為本發明的一種添加粉煤灰的高爐出鐵溝耐火材料澆注料。
添加粉煤灰高爐出鐵溝澆注料的制備的工藝流程為原料→配料→攪拌機攪拌→包裝→發運→使用現場→攪拌→加水→攪拌→振動成型→干燥→熱處理→使用本發明中使用的高鋁粉煤灰(粉煤灰的主要化學組成為SiO240％～60％ Al2O330％～50％)含有較大比例的氧化鋁和二氧化硅等耐高溫物相，在鐵溝澆注料中添加不同質量分數的粉煤灰，可有效降低高爐出鐵溝耐火材料澆注料成本，且澆注料性能優良。
實施例1原料工業級剛玉原料的顆粒和細粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于98％，體積密度大于3.4g/cm3，顆粒大小為≤40mm。其中40～8mm的剛玉原料顆粒占總配料質量分數的12％，8～5mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的20％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的18％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數10％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的10％。工業級剛玉加入量占總配料質量分數的70％；碳化硅顆粒和細粉的質量要求為，SiC含量要求大于97％，顆粒大小為≤3mm，加入量占總配料質量分數的13％；高溫瀝青加入量占總配料質量分數的2％；氧化鋁水泥加入量占總配料質量分數的3％，a-Al2O3微粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于98％，顆粒大小為≤10um，加入量占總配料質量分數的5％；SiO2超細微粉的質量要求為，SiO2含量一般要大于88％，顆粒大小為≤1um，加入量占總配料質量分數的1％；金屬硅粉加入量占總配料質量分數的1.0％；三聚磷酸鈉加入量占總配料質量分數的0.05％(外加)；金屬鋁粉加入量占總配料質量分數的0.2％(外加)；防爆有機纖維加入量占總配料質量分數的0.05％(外加)。
高鋁粉煤灰的質量要求為，氧化鋁含量大于30％和氧化鈣含量小于5％的流化床發電鍋爐產出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰，加入量占總配料質量分數的5％。
配料將上述各種原料按本發明所述的比例先進行配料，然后在攪拌機里將配合料攪拌6分鐘后包裝發運。在使用時再加水攪拌190秒(加水量占總攪拌料質量的4.5％)。
成型
攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動達到流動成型的目的。
干燥和熱處理經自然硬化干燥并脫模后再經過100℃烘干24小時，再在200℃保溫10小時、300℃保溫10小時、500℃保溫10小時和650℃保溫8小時的熱處理條件下對澆注料進行烘干和熱處理，使得澆注料的水分應控制在小于0.1％。干燥和熱處理后得到的澆注料即為本發明涉及的一種添加高鋁粉煤灰的高爐出鐵溝澆注料耐火材料。
試樣的理化性能為110℃體積密度大于2.76g/cm3；110℃烘干后耐壓強度大于18.8Mpa，1400C保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于46.2Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于51.2Mpa；110℃烘干后抗折強度大于2.39Mpa，1400℃保溫4小時后澆注料的抗折強度5.19Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的抗折強度7.51Mpa。
實施例2原料工業級棕剛玉原料的顆粒和細粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于90％，體積密度大于3.4g/cm3，顆粒大小為≤40mm。其中40～8mm的剛玉原料顆粒占總配料質量分數的5％，8～5mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的20％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的15％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數10％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的5％。電熔棕剛玉加入量占總配料質量分數的55％；碳化硅顆粒和細粉的質量要求為，SiC含量一般要大于90％，顆粒大小為≤3mm，加入量占總配料質量分數的15％；高溫瀝青加入量占總配料質量分數的2％；氧化鋁水泥加入量占總配料質量分數的2.5％，Al2O3微粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于98％，顆粒大小為≤10um，加入量占總配料質量分數的2％；SiO2超細微粉的質量要求為，SiO2含量一般要大于88％，顆粒大小為≤1um，加入量占總配料質量分數的3.5％；金屬硅粉加入量占總配料質量分數的2％；三聚磷酸鈉加入量占總配料質量分數的0.06％(外加)；金屬鋁粉加入量占總配料質量分數的0.3％(外加)；防爆有機纖維加入量占總配料質量分數的0.07％(外加)；
高鋁粉煤灰的質量要求為，氧化鋁含量大于38％和氧化鈣含量小于5％的流化床發電鍋爐產出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰，加入量占總配料質量分數的18％。
配料將上述各種原料按本發明所述的比例先進行配料，然后在攪拌機里將配合料攪拌7分鐘后包裝發運。在使用時再加水攪拌200秒(加水量占總攪拌料質量的5.0％)。
成型攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動達到流動成型的目的。
干燥和熱處理經自然硬化干燥并脫模后再經過100℃烘干24小時，再在200℃保溫10小時、300℃保溫12小時、500℃保溫11小時和650℃保溫10小時的熱處理條件下對澆注料進行烘干和熱處理，使得澆注料的水分應控制在小于0.1％。干燥和熱處理后得到的澆注料即為本發明涉及的一種添加高鋁粉煤灰的高爐出鐵溝澆注料耐火材料。
試樣的理化性能為110℃體積密度大于2.75g/cm3；110℃烘干后耐壓強度大于16.4Mpa，1400℃保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于38.5Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于48.2Mpa；110℃烘干后抗折強度大于2.01Mpa，1400℃保溫4小時后澆注料的抗折強度4.2Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的抗折強度6.57Mpa。
實施例3原料致密高鋁礬土熟料原料的顆粒和細粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于86％，體積密度大于3.2g/cm3，顆粒大小為≤40mm。其中40～8mm的剛玉原料顆粒占總配料質量分數的11％，8～5mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的10％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的10％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數5％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質量分數的4％。致密高鋁礬土熟料原料的加入量占總配料質量分數的40％；碳化硅顆粒和細粉的質量要求為，SiC含量一般要大于90％，顆粒大小為≤3mm，加入量占總配料質量分數的24％；高溫瀝青加入量占總配料質量分數的3％；鋁酸鈣水泥加入量占總配料質量分數的4.5％，Al2O3微粉的質量要求為，Al2O3含量一般要大于98％，顆粒大小為≤10um，加入量占總配料質量分數的3％；SiO2超細微粉的質量要求為，SiO2含量一般要大于88％，顆粒大小為≤1um，加入量占總配料質量分數的2.8％；
金屬硅粉加入量占總配料質量分數的0.7％；三聚磷酸鈉加入量占總配料質量分數的0.06％(外加)；金屬鋁粉加入量占總配料質量分數的0.28％(外加)；防爆有機纖維加入量占總配料質量分數的0.1％(外加)；高鋁粉煤灰的質量要求為，氧化鋁含量大于40％和氧化鈣含量小于5％的流化床發電鍋爐產出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰，加入量占總配料質量分數的22％。
配料將上述各種原料按本發明所述的比例先進行配料，然后在攪拌機里將配合料攪拌12分鐘后包裝發運。在使用時再加水攪拌3分鐘(加水量占總攪拌料質量的4.7％)。
成型攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動達到流動成型的目的。
干燥和熱處理經自然硬化干燥并脫模后再經過100℃烘干26小時，再在200℃保溫12小時、300℃保溫8小時、500℃保溫9小時和650℃保溫16小時的熱處理條件下對澆注料進行烘干和熱處理，使得澆注料的水分應控制在小于0.1％。干燥和熱處理后得到的澆注料即為本發明涉及的一種添加高鋁粉煤灰的高爐出鐵溝澆注料耐火材料。
試樣的理化性能為110℃體積密度大于2.72g/cm3；110℃烘干后耐壓強度大于17.4Mpa，1400℃保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于32.6Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的耐壓強度大于43.2Mpa；110℃烘干后抗折強度大于1.91Mpa，1400℃保溫4小時后澆注料的抗折強度4.6Mpa，1480℃保溫4小時后澆注料的抗折強度6.48Mpa。
權利要求
1.一種高爐出鐵溝耐火材料澆注料，其特征在于該澆注料以工業級剛玉粉料、SiC粉料、高溫瀝青粉料、氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥、a-Al2O3超細粉、SiO2超細微粉、金屬硅粉為主要原料，以三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為分散劑，以金屬鋁粉為添加劑，并加入適量防爆有機纖維和高鋁粉煤灰；所述工業級剛玉粉料按照占總配料質量分數的10～90％；碳化硅粉料按照占總配料質量分數的5～35％；高溫瀝青按照占總配料質量分數的0.3～8％；氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥按照占總配料質量分數的0.1～7％；a-Al2O3超細粉按照占總配料質量分數的0.5～10％；SiO2超細微粉按照占總配料質量分數的0.5％～7％；金屬硅粉按照占總配料質量分數的0.1～5％；三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉按照占總配料質量分數的0.001～1％；金屬鋁粉按照占總配料質量分數的0.001～1％；防爆有機纖維按照占總配料質量分數的0.001～1％；高鋁粉煤灰按照占總配料質量分數的1～30％。
2.根據權利要求1所述的耐火材料澆注料，其特征在于所述工業級剛玉粉料中Al2O3含量大于88％，顆粒大小為≤40mm；碳化硅粉料中SiC含量大于90％，顆粒大小為≤3.5mm；高溫瀝青(工業級高溫瀝青產品，小于1mm)，氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥(工業級耐高溫水泥產品)，a-Al2O3微粉，要求Al2O3含量大于98％，顆粒大小為≤10um；SiO2超細微粉中SiO2含量要大于88％，顆粒大小為≤1um；金屬硅粉中Si含量要大于88％，顆粒大小為≤30um；三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉(工業級化工產品)；金屬鋁粉中Al含量要大于95％，顆粒大小為≤50um；有機防爆裂纖維(熔點115～160℃，直徑30～120um，長度3～5um)。
3.根據權利要求1所述的耐火材料澆注料，其特征在于所述高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵小于1.0％，所述高鋁粉煤灰為流化床發電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產出的未加入含鈣脫硫劑的高鋁粉煤灰。
4.一種制備如權利要求1所述的高爐出鐵溝耐火材料澆注料的方法，其特征在于所述方法首先將上述各種原料按所述的比例進行配料，然后在攪拌機里攪拌后包裝；使用時再加水攪拌，加水量占總攪拌料質量的3～7％；將攪拌混合好的物料裝入出鐵溝的模具中，通過振動棒或振動板給澆注料施加振動；澆注料經自然硬化干燥并脫模后，再經過80℃～700℃烘干排除澆注料的水分后即為高爐出鐵溝耐火材料澆注料。
全文摘要
本發明涉及一種高爐出鐵溝耐火材料澆注料及其制備方法，屬于耐火材料技術領域。該澆注料以工業級剛玉細粉、SiC細粉、高溫瀝青細粉、氧化鋁水泥或鋁酸鈣水泥、a－Al
文檔編號C04B35/10GK1746135SQ20051001222
公開日2006年3月15日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者黃軍同, 趙凱, 楊景周, 劉睿, 劉艷改, 黃朝暉 申請人:中國地質大學(北京)