一种用于氢氧化铝气体悬浮焙烧炉炉衬的耐火浇注料

摘要

本发明提供一种用于氢氧化铝气体悬浮焙烧炉炉衬的耐火浇注料。它是由经过烧结的焦宝石熟料熟料和煅烧过程中晶体结构发育良好的细晶莫来石及结合剂、复合添加剂按不同比例组成的混合物，经筑炉、烘炉，烧结而成的氢氧化铝气体悬浮焙烧炉主炉体炉衬。其中，原材料的组成百分比为：小于3mm的焦宝石熟料含量为27～33％，粒径为3－5mm的焦宝石熟料含量为25～30％，粒径介于5mm和8mm之间的焦宝石熟料含量为8～15％；粒径＜0.074mm的细晶莫来石粉含量为15～25％；结合剂采用活性氧化铝ρ－Al2O3，其含量为5～8％；复合添加剂采用高分散性氧化α－Al2O3超微粉和氧化硅SiO2超微粉各含量都为2～5％，超微粉的粒径小于5μm；三聚磷酸钠含量为0.1～0.3％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氢氧化铝气体悬浮焙烧炉炉衬耐火浇注料，特别是以细晶莫来石为基质，焦宝石熟料为颗粒料，α-Al₂O₃和SiO₂超微粉为复合添加剂，以ρ-Al₂O₃作为结合剂组成的炉衬材料，适合于氢氧化铝气体悬浮焙烧炉主炉体的特殊工矿条件要求。

背景技术

目前，国内还没有该种产品专业化的生产厂家。大部分氢氧化铝生产企业的焙烧炉主炉体炉衬耐火材料，还是采用两种粒度的高铝熟料大致比例混合后，用液体水玻璃作为结合剂，通过混合-搅拌-浇注-烘烤而成。这种方法工艺粗糙，性能低劣，烧结成的炉衬材料使用寿命短，经常停炉检修，严重影响生产。主要表现在中高温强度低，抗热震性差，体积稳定性不好，不耐磨损冲刷，而且施工和运输成本较高。

有关资料显示，氢氧化铝气体悬浮焙烧炉主炉体炉衬传统的耐火浇注料一般是由一级高铝熟料颗粒0-8mm含量为25％左右，0-4mm含量为36％左右，一级高铝粉料39％，密度为1.3g/cm³以上的水玻璃溶液10％左右作为结合剂混合-搅拌-浇注-烘烤-烧结而成。烧后主炉耐火材料体密为2.7g/cm³以上。一级高铝熟料的抗热震性差，水玻璃的引入又使其中高温强度降低，不耐磨损，当工作温度在1000℃以上时浇注料收缩大，体积不稳定，使衬体形成较多裂纹，直至剥落、掉块，从而影响到衬体寿命。这种浇注料因为要用液体水玻璃作为结合剂，所以就增加了运输和提升成本。因水玻璃粘稠，短时间内拌和效果差，故又增加了混合搅拌的时间，使施工效率降低。同时，因一级高铝熟料密度比焦宝石熟料和细晶莫来石的大0.35g/cm³，故不但增加了材料用量和炉体负荷，而且使该浇注料的导热率变大，增加了热能损失，降低了材料的抗热震性。

在此之前的现有技术有CN1440952A，CN1785908A，CN1323761A，由于它们使用水泥作为胶结剂，以及使用的原材料及其配比不同，导致其强度低、体积稳定性不好，不适合氧化铝焙烧炉的气氛，不能作为生产氧化铝的浇注料。本申请人经过研究，按照氢氧化铝悬浮焙烧炉的特殊工矿条件，调整原材料及其配比，克服了现有技术中缺陷，显著提高了耐磨损性，抗热震性，体积稳定，寿命长，满足了特殊性能的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种筑炉方便，节约能源，降低成本，耐磨损，抗热震，体积稳定，寿命长的氢氧化铝气体悬浮焙烧炉炉衬用的耐火浇注料。

本发明的技术方案是：采用经过烧结的焦宝石熟料作颗粒料，经过烧结的细晶莫来石粉为基质料，以ρ-Al₂O₃作为结合剂，SiO₂和α-Al₂O₃超微粉为复合添加剂，并外加三聚磷酸钠。其各种材料的重量百分比为：

焦宝石熟料，粒径为＜3mm，含量为27～33％

焦宝石熟料，粒径为3-5mm，含量为25～30％

焦宝石熟料，粒径介于5mm和8mm之间，含量为8～15％

细晶莫来石粉，粒径＜0.074mm，含量为13～20％

ρ-Al₂O₃，含量为5～8％

α-Al₂O₃超微粉，含量为2～5％

SiO₂超微粉，含量为2～5％

三聚磷酸钠，含量为0.1～0.3％

其中，超微粉的粒径小于5μm。

一般都认为作炉衬材料的Al₂O₃含量越高，内衬强度越大，耐火度越高，炉衬越能安全使用，所以经常选择一级高铝料作为主原料，其中Al₂O₃≥80％，做成的浇注料中Al₂O₃≥70％，但是，我们通过实验发现，用上述材料做成的浇注料，在炉子运行不到半年时，炉衬裂纹较多，局部衬体有掉块，剥落现象，衬体变薄，另外，炉壳外壁温度在200～280℃之间，传热较多，热损失大，特别是局部掉块，影响到正常的生产，被迫停炉检修，一般大修周期为2-3年时间。

当采用经过烧结的焦宝石熟料为颗粒料，经过烧结的细晶莫来石为粉料，则效果大不一样，焦宝石熟料和细晶莫来石的成份见表1

表1

由表1可知，本发明的耐火浇注料的主原料Al₂O₃含量较低，所以其热导率较低，减少了热能损失，同时，由于有莫来石和二次莫来石的生成，使衬体又产生了足够的强度和热震稳定性。浇注料中的α-Al₂O₃和SiO₂超微粉在一定的温度下共同作用，在基质中形成大量的莫来石晶相，以交错棒状的结晶体形成致密网状结构，因此，衬体强度较高。由于二次莫来石化还伴随有微弱的体积膨胀，从而又减缓了低铝原料烧结收缩而造成的体积不稳定、裂纹等缺陷，从而使衬体整体性好，更加稳定，各方面性能匹配合理，延长了炉龄。

对炉龄有重要影响的另一因素为焦宝石熟料粒度级配，粗颗粒起骨架作用，其抗冲刷性好，耐火度高，但其表面积小，不易烧结，与结合剂、添加剂的反应也不完全，易引起炉衬松散，因此，加入量要适当。3-5mm的焦宝石熟料加工成棱锥状，有利于筑炉施工，增加衬体强度。小于3mm的焦宝石熟料能填充粗颗粒的空隙，形成紧密堆积，促使烧结。小于0.074mm的细晶莫来石粉主要起胶结或烧结作用。另外，加入的α-Al₂O₃和SiO₂超微粉，粘覆在各种颗粒表面，从液相理论上来说，它衔接了粗、中、细颗粒，提高了炉衬密度，大幅度改善了烧结和反应性能，解决了衬体组织松散、强度低、易磨损的问题。

以往是用纯铝酸钙水泥或水玻璃作为结合剂，这样，衬体虽然形成强度较快，但因为CaO、Na₂O的掺入，使衬体的中高温强度减弱，但这个温度恰好是氢氧化铝气体悬浮焙烧炉主炉体的工作温度。而改用ρ-Al₂O₃作为结合剂，首先是ρ-Al₂O₃本身为氧化铝产品，所以焙烧出的产品不会受到污染或者是污染极小，其次是这样的衬体强度随温度提高，单向呈上升趋势，衬体随着烘炉工作的进行，强度持续上升，体积稳定可靠，使用寿命更长。

三聚磷酸钠的加入，极大地改善了物料偏析，气孔偏大，组织不均匀的现象，使物料混合充分，分布均匀，反应完全，组织稳定，大大减少了水的加入量，缩短了烘炉时间，提高了各种性能指标。三聚磷酸钠的加入量为0.1～0.3％

由于炉衬材料粒度配比合理，而且直接用洁净水来拌和，因此，选用和运输方便，成本较低，在筑炉时，混合搅拌，浇注振动，方便易行，衬体结合紧密，形成莫来石量较多，各种性能指标都较理想，使用寿命比原来提高了2倍多，经国家耐火材料质量监督检验检测，本发明提供的氢氧化铝气体悬浮焙烧炉主炉体炉衬耐火浇注料的检测结果见表2

表2

  密度  2.35-2.4g/cm³  导热系数  1.0-1.1w/m·k  1200℃烧后常温抗折强度  10～12MPa  1200℃烧后常温抗压强度  100～110MPa  耐火度  1730～1760℃  烧后线变化率  0  1100℃水冷后，热震稳定性(次数)  30次

具体实施方式

实施例1

严格按照各原料化学成分范围挑选矿源，经过破碎-粉磨-筛选分级-磁选后，取不同粒度的焦宝石熟料和细晶莫来石粉等原材料按下列重量百分比配比：

焦宝石熟料，粒径＜3mm，           30％

焦宝石熟料，粒径3-5mm，           28％

焦宝石熟料，粒径介于5mm和8mm之间，10％

细晶莫来石粉，粒径＜0.074mm       16％

ρ-Al₂O₃                          6.8％

α-Al₂O₃超微粉                    5％

SiO₂超微粉                        4％

三聚磷酸钠                        0.2％

其中，超微粉的粒径小于5μm

加水充分混合搅拌均匀后，筑炉-烘烤-烧结，形成炉衬，其性能指标检测结果见表3，实际使用寿命在6-8年.

实施例2

操作同实施例1，但其原材料的重量百分比为：

焦宝石熟料，粒径＜3mm            29％

焦宝石熟料，粒径为3-5mm          29％

焦宝石熟料，粒径介于5mm和8mm之间 11％

细晶莫来石粉，粒径＜0.074mm      15％

ρ-Al₂O₃                         7％

α-Al₂O₃超微粉                   3.8％

SiO₂超微粉                       5％

三聚磷酸钠                       0.2％

其中，超微粉的粒径小于5μm

检测结果见表3，使用寿命为原来的2倍以上。

实施例3

操作同实施例1，其原材料的重量百分比为：

焦宝石熟料，粒径＜3mm            31％

焦宝石熟料，粒径为3-5mm          26％

焦宝石熟料，粒径介于5mm和8mm之间 11％

细晶莫来石粉，粒径＜0.074mm      17％

ρ-Al₂O₃                        6.6％

α-Al₂O₃超微粉                   3.2％

SiO₂超微粉                       5％

三聚磷酸钠                       0.2％

其中，超微粉的粒径小于5μm

检测结果见表3，使用寿命为原来的2倍以上。

表3

  性能  实施例1  实施例2  实施例3  密度g/cm³  2.38  2.4  2.39  导热系数w/m·k  1.08  1.1  1.09  1200℃烧后常温抗折强度MPa  11.5  12  11  1200℃烧后常温抗压强度MPa  107  110  108  耐火度℃  1740  1760  1750  烧后线变化率  0  0  0  1100℃水冷后，热震稳定性(次数)  30  30  30