一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及其制备方法技术

一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，涂覆在钢结构风管的内壁，所述复合材料内衬由管件内壁向内依次为红外辐射涂层、低热导隔热层和抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层，其中红外辐射涂层的厚度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种轻质耐火材料及制备方法，特别是适用于冶金炼铁高炉送风装置工艺管道的高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及其制备方法。

技术介绍

[0002]冶金炼铁高炉送风装置支管(以下简称风管)在炼铁工艺管道中的作用是将热风炉加热的1250～1350℃的热空气送入高炉的主体装置。风管的基本组成包括连接管(又称波纹管或端管)、鹅颈管(又称弯管和异径管)、视镜和直吹管。由于在高炉生产上采取了精料及喷吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保证了高炉的稳定运行，为高炉接受高风温奠定了基础。在此前提下，高温及长寿成为设计热风炉及其装置的最主要的目标。要保证热风炉的加热能力并将热能通过支管有效输人高炉内，最重要的影响因素是合理的内衬工艺结构和与之相适应的耐火材料的设计和选择。而提高耐火材料的关键又在于如何提高耐火材料的高温抗压强度和高温抗折强度。
[0003]风管的使的内衬材料长期经受高速气流的冲刷，因此要求内衬材料在使用温度下，具有优良的体积稳定性和耐磨性。以往风管内衬材料是用高铝矾土熟料或硬质粘土熟料，并配以液体水玻璃结合剂搅拌后浇注施工的，该材料体积稳定性差，风管易漏风发红。后来使用高氧化铝低水泥浇注料，该材料体积稳定性差，导热系数高，对风温保持不利。另外，由于该材料的最高使用温度和实际使用温度有一定的差距，加之材料内应力较大，在高温下容易产生裂纹。还有些设计在浇注料中加入钢纤维以提高材料的耐磨性及韧性，但寿命均不理想。
[0004]北美高炉送风装置使用情况证明，送风装置由于热波动、热负荷、热化学磨损和机械磨损等几个方面的综合作用，当系统达到1100～1200℃高风温时，隔热材料的高温抗压能力、抗折能力、抗渣能力最薄弱，极易造成隔热材料失效，产生局部脱落、焚化、被磨损甚至被高速热风冲刷掉，从而使送风装置漏风、发红。为此，业内人士对其结构进行了大量的改进，对隔热材料进行了相关的改进，但进展缓慢。
[0005]据统计，管壳散热损失占总热能损失的2％以上，热风温度在此阶段下降40～ 80℃，热风温度每提高100℃对应降低20kg焦比，可见内衬材料的隔热性能对于提高热能利用率具有重要影响。另外，从对目前国内现状的调研情况来看，传统的风管隔热内衬的使用寿命3～6个月，稳定性差，对整个高炉炼铁的可靠性造成了极大的影响。对此，传统的隔热内衬材料特性参数已远远不能满足新的结构设计的需要。综上所述，研制和开发高炉送风支管用高抗裂低热导陶瓷内衬材料防止管内衬耐火材料脱落，提高热风管线保温隔热效果，对提高炉风温度，降低高炉能耗具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，旨在提供一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及其制备方法，所述内衬用于高炉风管可大幅度提高风管的有效寿命、降低现场休风率。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：
[0008]一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，涂覆在钢结构风管的内壁，所述复合材料内衬由钢结构件内壁向内依次为红外辐射涂层、低热导隔热层和抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层，其中红外辐射涂层的厚度为0.1
‑
1毫米，低热导隔热层的厚度为20
‑
60毫米，抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层厚度为1
‑
5毫米。
[0009]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，所述红外辐射涂层的原料组成质量份如下：磷酸二氢铝10
‑
40，二氧化锰10
‑
30，三氧化二铁20
‑
40，氧化铜3
‑
6、三氧化二铬3
‑
6、氧化镍1
‑
3、二氧化钛2
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8、氧化铈1
‑
3；
[0010]所述低热导隔热层的原料组成质量份如下：陶瓷纤维1
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6，聚丙烯纤维1
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6，氧化铝空心球10
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30，轻质莫来石10
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40，硅微粉1
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3，氧化铝微粉2
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5，蓝晶石粉1
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3，铝酸钙水泥5
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10；
[0011]所述抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层陶瓷涂料的原料组成质量份如下：陶瓷纤维1
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10，硅酸锆粉60
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80，磷酸二氢铝10
‑
40。
[0012]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，所述红外辐射涂层的原料中磷酸二氢铝为粘结剂，二氧化锰、三氧化二铁、氧化铜、三氧化二铬、氧化镍、二氧化钛、氧化铈均为粉末状，其粒度控制在325
‑
3000目之间。
[0013]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，所述低热导隔热层的原料中，陶瓷纤维优选直径为10
‑
100μm，长度1
‑
3mm的玄武岩纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；聚丙烯纤维的直径为10
‑
100μm，长度 1
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20mm；氧化铝空心球的粒度为30
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60目；轻质莫来石为粒度16
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30目的煅烧莫来石粉；硅微粉、氧化铝微粉和蓝晶石粉的粒度为600
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1500目；铝酸钙水泥氧化铝质量百分含量大于70％。
[0014]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，所述抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层陶瓷涂料的原料中，磷酸二氢铝为粘结剂；陶瓷纤维优选直径为1
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50μm，长度 0.5
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1mm的氧化铝纤维、莫来石或氧化锆纤维中的一种或多种；硅酸锆微粉粒径为325
‑
900目，其中氧化锆的质量百分比不低于66％。
[0015]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬的制备方法，涂敷于风管内表面的红外辐射涂层的制备方法如下：按比例取组成红外辐射涂层的各原料，在空气常温下球磨混合为均匀的红外辐射节能涂料；风管内壁进行除油处理，然后用压缩空气将喷枪中的红外辐射涂料均匀喷涂到风管的内表面，然后内表面喷涂红外辐射涂料的风管放置到烘箱中，在大气下于180
‑
600℃进行热固化 10
‑
60min，即获得红外辐射涂层。
[0016]上述高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬的制备方法，低热导隔热层的制备方法如下：按比例取组成低热导隔热层的各原料和原料总质量5
‑
20％的水在混料装置内和料，一次和料质量控制在100
‑
200kg，和料速度不大于150M/s，混料时间不少于20分钟；混料后在30分钟内完成浆料在红外辐射涂层外的浇筑，浇筑过程风管中部固定不锈钢芯棒，浆料固化温度为室温，气氛为大气，时间为24
‑
48h；固化后对低热导隔热层进行非接触式烘烤，烘烤时间为12
‑
24h。
[0017]上述高抗裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，涂覆在钢结构风管的内壁，其特征在于：所述复合材料内衬由钢结构件内壁向内依次为红外辐射涂层、低热导隔热层和抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层，其中红外辐射涂层的厚度为0.1
‑
1毫米，低热导隔热层的厚度为20
‑
60毫米，抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层厚度为1
‑
5毫米。2.根据权利要求1所述的高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，其特征在于：所述红外辐射涂层的原料组成质量份如下：磷酸二氢铝10
‑
40，二氧化锰10
‑
30，三氧化二铁20
‑
40，氧化铜3
‑
6、三氧化二铬3
‑
6、氧化镍1
‑
3、二氧化钛2
‑
8、氧化铈1
‑
3；所述低热导隔热层的原料组成质量份如下：陶瓷纤维1
‑
6，聚丙烯纤维1
‑
6，氧化铝空心球10
‑
30，轻质莫来石10
‑
40，硅微粉1
‑
3，氧化铝微粉2
‑
5，蓝晶石粉1
‑
3，铝酸钙水泥5
‑
10；所述抗开裂耐冲刷侵蚀隔热层陶瓷涂料的原料组成质量份如下：陶瓷纤维1
‑
10，硅酸锆粉60
‑
80，磷酸二氢铝10
‑
40。3.根据权利要求2所述的高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，其特征在于：所述红外辐射涂层的原料中磷酸二氢铝为粘结剂，二氧化锰、三氧化二铁、氧化铜、三氧化二铬、氧化镍、二氧化钛、氧化铈均为粉末状，其粒度控制在325
‑
3000目之间。4.根据权利要求2所述的高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬，其特征在于：所述低热导隔热层的原料中，陶瓷纤维优选直径为10
‑
100μm，长度1
‑
3mm的玄武岩纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；聚丙烯纤维的直径为10
‑
100μm，长度1
‑
20mm；氧化铝空心球的粒度为30<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪春，李飞，路思明，来俊华，宋荣全，李明，马才政，
申请(专利权)人：秦皇岛北方管业有限公司，
类型：发明
国别省市：