铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块及其制备方法

摘要

本发明公开了一种铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块，包括中部开有喷火口的长方体结构的预制料浇注体，位于喷火口两侧的预制料浇注体上部自上而下依次水平埋设有承重网和隔热层；在所述预制料浇注体的上表面四周边沿处扣压有L形加固框。本发明由耐火浇注料、L形加固框、承重网、隔热层等多种材料组成的复合体，满足了火道墙用炉面预制块所需要的耐火、防碰撞、隔热、承重、防滑的性能；采用高强度高性能耐火浇注料熟铝矾土做为炉面预制块的主体材料，使得成品预制块具有高强度、微孔、中高比重的高性能；本发明制备方法简单，工艺参数易控，无需高温烧结；不同部位注料配方加以变化，满足了预制块不同部位的现场实际需求。

说明书

技术领域

本发明涉及铝用阳极碳素焙烧炉火道墙，尤其是涉及一种铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块，本发明还涉及该炉面预制块的制备方法。

背景技术

我国铝用阳极碳素焙烧炉技术从上世纪五十年代应用至今，虽有几次大的革新，也取得了巨大的进步，但碳素焙烧炉的核心部位火道墙所用的材料却几十年一直没有改变。火道墙是环形焙烧炉的重要关键性结构，整体浇注在火道墙炉体表面的炉面预制块因处于频繁操作的位置，极易受到机械性撞击而损坏；同时，在高温工作状态下，该炉面预制块还要承受一定的震动压力，特别是操作工人需要脚踩在上面作业，故其表面温度需要控制在45℃以下较为适宜。长期以来，我国焙烧炉炉面普遍采用热导率较高的浇注料预制，使预制块的表面温度多在60℃以上，炉龄中后期甚至达到90℃以上，工作环境得不到改善，导致操作工人长期受到高温的侵害。国内虽有设计单位和耐火材料厂家尝试在炉面预制块上表面叠加轻质浇注料做隔热层，但受材料性能的限制，都没有解决好承压、抗碰撞与隔热性能之间的矛盾；同时因炉面预制块所处的特别位置，还必须要求安全防滑。因此，急需开发出一种既要有安全、承重和抗碰撞强度，又能有良好隔热性能的炉面预制块，以降低炉面预制块的表面温度，改善工人的劳动环境。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术存在的缺陷而提供一种铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块，本发明还提供该炉面预制块的制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块，包括中部开有喷火口的长方体结构的预制料浇注体，位于喷火口两侧的所述预制料浇注体上部自上而下依次水平埋设有承重网和隔热层；在所述预制料浇注体的上表面四周边沿处扣压有L形加固框。

所述隔热层由矩形结构的金属网笼和填充其内的耐火纤维组成。

所述承重网由直径5.5~8mm的钢筋纵、横排列焊接而成。

本发明所述的预制料浇注体是由主料铝矾土熟料和辅料硅微粉、Al₂O₃微粉、改性铝微粉、减水剂、三石混合粉、结合剂、氧化铝空心球、水按下述重量份配比混合后浇注而成：

铝矾土熟料47~87份，其中：粒径8~10mm的骨料20~30份，粒径3~5mm的骨料10~18份，1mm≤粒径＜3mm的骨料5~18份，粒径≤0.074mm的粉料12~21份；

粒径≤10μmm的硅微粉0.5~4.2份；

粒径≤5μmm的Al₂O₃微粉0.2~4.5份；

粒径≤5μmm的改性铝微粉0~6.2份；

减水剂0.1~1.0份；

粒径≤0.09mm的三石混合粉0.4~4.8份；

结合剂1.8~9.8份；

粒径1.2~1.8mm的氧化铝空心球0.1~5.5份；

水2.0~7.2份。

在靠近喷火口位置的预制料浇注体所用原料中，结合剂可采用1.8~6.8份的氧化铝水泥，成型后的预制料浇注体具有荷重化温度高、耐火性好，耐冲刷的特性。

其他部位的预制料浇注体所用原料中，结合剂可采用为2.2~9.8份的矾土水泥，成型后的预制料浇注体具有体积密度适中、强度较高、耐碰撞、防滑的特性。

本发明所述的铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块的制备方法如下：

第一步，按比例准确称量预制料浇注体所用的骨料和粉料，其中骨料的粒径混级率＜2.0%,粒径偏差＜1.0mm；铝矾土熟料的粉料筛余量＜3%；

第二步，制作承重网、隔热层和L形加固框，并组装成一体，其中隔热层所用的耐火纤维使用温度600~1000℃，导热率＜0.1~2.0千卡/小时.度；

第三步，制作喷火口芯轴；

第四步，在底板上将第二步组装成一体的承重网、隔热层和L形加固框放好，四周放置模板，中心位置放置喷火口芯轴，形成浇注模具；

第五步，将第一步称量的浇注料混拌均匀后，浇注在第四步制成的模具内，并振动5~7分钟，加盖棉被养护至表面凝固；

第五步，按照模板、芯轴、底板的顺序依次脱模，并在环境温度≥18℃、相对湿度≥85%条件下自然养护3~24小时，得到成品预制块。

本发明的优点在于由耐火浇注料、金属L形加固框、承重网、耐火纤维隔热层等多种材料组成的复合体，满足了铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用炉面预制块所需要的耐火、防碰撞、隔热、承重、防滑的性能。本发明采用在喷火口两侧的预制料浇注体内埋设高性能隔热材料、在隔热材料上设置承重网，在满足承重要求的基础上降低了炉面预制块的表面温度；用金属材质的L形加固框做防碰撞增强结果，延长了预制块的使用寿命。本发明预制块整体结构简单，承载安全，抗碰撞强度高且具有良好的隔热性能，大大降低了预制块的表面温度（低于45℃），改善了工人的工作环境，延长了预制块的使用寿命。同时本发明制备方法简单，工艺参数易控，无需高温烧结；针对不同部位，浇注料配方加以变化，满足了预制块不同部位的现场实际需求。

本发明采用高强度高性能耐火浇注料熟铝矾土做为炉面预制块的主体材料，使得成品预制块具有高强度、微孔、中高比重的高性能；将硅微粉、Al₂O₃微粉、改性铝微粉配合使用，既改善了浇注料的流动性，又大大提高了预制块的常温和烧后强度，效果更为显著；使用减水剂以降低浇注料的加水量，提高了预制块的密实度和强度；采用氧化铝空心球进一步降低预制块的导热率；氧化铝水泥或矾土水泥作为胶结剂；用三石混合粉调整预制块的膨胀率；各原料之间相互协调、互相作用，并与金属L形加固框、承重网、耐火纤维隔热层相互配合，很好的解决了预制块承压、抗碰撞与隔热性能之间的矛盾，满足了铝用阳极碳素焙烧炉火道墙的使用要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的B-B向剖视图。

图3是图1中L形加固框、承重网和隔热层的布置结构图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明所述的铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块，包括中部开有喷火口1的长方体结构（具体尺寸按照用户要求而定）的预制料浇注体2，位于喷火口两侧的预制料浇注体上部（距离上表面约20cm左右即可）自上而下依次水平埋设有承重网3和隔热层4；在预制料浇注体的上表面四周边沿处扣压有L形加固框5。

隔热层4由矩形结构（实际制作尺寸按照用户要求而定，满足工人操作时的站位要求即可）的金属网笼和填充其内的耐火纤维组成，耐火纤维可采用隔热性能优良的耐火棉、耐火毯或耐火板。

承重网3由直径5.5~8mm的钢筋纵、横排列焊接而成。

为保证预制块的强度和耐火性能，本发明的预制料浇注体2是由主料铝矾土熟料和辅料硅微粉、Al₂O₃微粉、改性铝微粉、减水剂、三石混合粉、结合剂、氧化铝空心球、水按下述重量份配比混合后浇注而成>

铝矾土熟料47~87份，其中：粒径8~10mm的骨料20~30份，粒径3~5mm的骨料10~18份，1mm≤粒径＜3mm的骨料5~18份，粒径≤0.074mm的粉料12~21份；

粒径≤10μmm的硅微粉0.5~4.2份；

粒径≤5μmm的Al₂O₃微粉0.2~4.5份；

粒径≤5μmm的改性铝微粉0~6.2份；

减水剂0.1~1.0份；

粒径≤0.09mm的三石混合粉0.4~4.8份；

结合剂1.8~9.8份；

粒径1.2~1.8mm的氧化铝空心球0.1~5.5份；

水2.0~7.2份。

针对靠近喷火口位置和其他部位预制块的不同工作状况，其浇注料分为A（靠近喷火口位置）、B（其他部位）两种不同的配方：靠近喷火口位置的预制料浇注体，要求成型后的预制料浇注体具有荷重化温度高、耐火性好，耐冲刷的特性；其余部位的预制料浇注体，要求型后的预制料浇注体具有体积密度适中、强度较高、耐碰撞、防滑的特性。

具体A配方和B配方两种浇注料的重量份配比见下表1：

表1

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注：本发明所用的改性铝微粉为市售的双峰铝微粉；所用的三合混合粉是由硅线石、红柱石、蓝晶石按比例配制而成，其中三者之间的配比可根据用户要求进行调配（根据用户实际使用场合的环境温度设定的膨胀率，调整其比例使之满足要求即可）。

同时，由于每个用户的使用环境不同，对预制块的性能要求有一定差异，浇注料配方可在表1的基础上进行调整。

本发明的铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块的制备方法如下：

第一步，按比例准确称量预制料浇注体所用的A配方和B配方两种骨料和粉料，其中骨料的粒径混级率＜2.0%,粒径偏差＜1.0mm；铝矾土熟料的粉料筛余量＜3%，加水量偏差＜0.1%；

第二步，制作承重网、隔热层和L形加固框，并组装成一体，其中隔热层所用的耐火纤维使用温度600~1000℃，导热率＜0.1~2.0千卡/小时.度，可选用隔热性优良的耐火棉、耐火毯、耐火板等；承重网采用直径5.5~8mm的普通耐热钢或建筑用盘圆钢纵、横排列焊接而成；L形加固框采用普通角钢或耐热角钢（30*50或50*50）；

第三步，制作喷火口芯轴；

第四步，在底板上将第二步组装成一体的承重网、隔热层和L形加固框放好，四周放置模板，中心位置放置喷火口芯轴，形成浇注模具，模具的长、宽、高尺寸偏差＜0.5mm；

第五步，将第一步称量的A配方和B配方两种浇注料分别混拌均匀（采用两台搅拌机同时加料混拌），同时浇注在第四步制成的模具内（A配方靠近喷火口浇注，B配方浇注包覆承重网和隔热层的其余部位），并持续振动5~7分钟，加盖棉被养护至表面凝固，浇注面划不动；

第五步，按照模板、芯轴、底板的顺序依次脱模，并在环境温度≥18℃、相对湿度≥85%的条件下自然养护3~24小时（具体时间可依据不同季节进行调整），得到成品预制块，成品预制块的尺寸偏差-3.0~+2.0mm。

经测试，成品预制块的理化指标如下表2：

表2

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