一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖及其制备方法技术

本发明专利技术属于耐火材料技术领域，涉及一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖及其制备方法。本发明专利技术以60~70份的矾土骨料、8~12份矾土细粉、4~12份广西白泥细粉、1~3份单质Si粉、5~10份电解槽侧壁骨料、4~8份α

【技术实现步骤摘要】
一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖及其制备方法


[0001]本专利技术属于耐火材料
，尤其涉及一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖及其制备方法。

技术介绍

[0002]莫来石碳化硅质挂砖是水泥窑篦冷机等部位常见的窑衬耐火材料，在服役过程中通过特定悬挂装置将其固定在特定位置。然而，该种材料在实际应用过程中普遍存在着成本相对高、密度高、质量大，金属挂件因过热而极易产生变形，严重威胁着水泥窑整体的服役安全；此外，莫来石碳化硅耐火材料抗碱侵蚀能力的不足也严重影响了水泥窑的长寿化服役。为解决上述问题，迫切需要开发出一种热震稳定性优异且节能的窑口用浇注料，满足目前水泥生产的需要。
[0003]有机硅废液是有机硅工业生产过程中的主要副产物，其主要成分为三甲基氯硅烷和甲基二氯硅烷，且具有较为适中的粘度，可作为耐火材料的结合剂进行使用；在高温氧化条件下分解过程中有机组分氧化过程不仅可提高耐火材料轻量化程度，而且残留的SiO2高粘度相有利于吸收碱性蒸汽并封闭耐火材料的气孔，显著提高抗碱侵蚀性能。另一方面，铝电解槽侧壁以高纯的碳化硅结合氮化硅为主要成分，在服役后具有较高的回收价值。将破碎后的侧壁直接作为水泥窑篦冷机窑衬耐火材料的主要原料，可大大降低该部位耐材的生产成本。目前，利用有机硅副产物及碳化硅结合氮化硅侧壁等作为可回收高附加值原料用于生产新型可再生型耐火材料，同时优化其抗碱侵蚀性能并提高轻量化程度，仍处于空缺状态。
[0004]CN215373514U公开了一种水泥窑耐火材料内衬挂砖结构，该结构采用多功能挂砖工作层和绝热纳米隔热层，该种复合结构在水泥窑中已经得到广泛应用，但复合结构之间热膨胀系数差异极大，在服役过程中极易导致层间产生热剥落，危及水泥生产安全。
[0005]CN113511904A公开了一种轻量莫来石质耐火材料及其制备方法，所述轻量莫来石质耐火材料是将由粉煤灰、三级矾土细粉、α
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Al2O3微粉、铝锆复合溶胶、La2O3细粉和磁铁矿粉组成。这种含轻量莫来石耐火材料以高成本的铝锆复合溶胶、La2O3细粉为主要原料，使制品具有一定的红外辐射功能从而达到降低导热系数的目的，但是这种耐火材料轻量化程度较低，并且上述原料的引入同时也显著提高了耐火材料的制备成本。
[0006]CN112811927A和CN107311680A分别公开了两种轻量化刚玉
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莫来石浇注料及其制备方法，所述材料以纳米孔径的多孔刚玉
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莫来石陶瓷为骨料，以实现轻量化目的。但是具有纳米孔的陶瓷骨料制备成本较高，并且气孔率并未出现明显提升，对于浇注料整体导热性能的影响较为有限。
[0007]针对现有水泥窑篦冷机用莫来石碳化硅挂砖所存在的成本高、密度高、质量大、导热系数高、抗碱侵蚀性能不足等缺陷，因此如何在成本可控的前提下，制备轻量化且具有优异抗碱侵蚀性能的莫来石碳化硅挂砖，保证篦冷机部位耐材的服役性能，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖及其制备方法。本专利技术制备的轻量挂砖热震稳定性及抗碱侵蚀性能优异，密度小、导热系数低、成本低、制备工艺简便，可大幅提高篦冷机用耐火材料使用寿命并增强该部位结构的完整性与稳定性，应用前景良好。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0010]一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，包括以下质量份数的组分：60~70份的矾土骨料、8~12份矾土细粉、4~12份广西白泥细粉、1~3份单质Si粉、5~10份电解槽侧壁骨料、4~8份α
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Al2O3微粉， 3~10份有机硅废液。
[0011]进一步地，所述矾土骨料的颗粒级配是：粒径为3~5mm的占矾土骨料40～50wt％，粒径为1~3mm的占矾土骨料25～40wt％，粒径为0.1~1mm的占矾土骨料10～25wt％。
[0012]进一步地，矾土细粉的粒径≤0.088mm，矾土细粉中Al2O3含量≥70wt％。
[0013]进一步地，所述广西白泥细粉的粒径≤0.088mm，广西白泥细粉中的Al2O3含量≥30wt％。
[0014]进一步地，所述α
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Al2O3微粉的粒径≤10μm；α
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Al2O3微粉中的Al2O3含量≥99wt％。
[0015]进一步地，所述述电解槽侧壁骨料的粒径≤3mm，电解槽侧壁骨料中的SiC含量≥60wt％。
[0016]进一步地，所述有机硅废液中三甲基氯硅烷[(CH3)3SiCl]和甲基二氯硅烷(CH3SiHCl2)的含量≥80wt％。
[0017]一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖的制备方法，包括如下步骤：步骤1、按所述轻量挂砖的原料及其含量进行配料，先将所述矾土骨料、所述电解槽侧壁骨料和所述有机硅废液共混，混合5～15min，制成混合料A；再将所述矾土细粉、所述广西白泥细粉、所述单质Si粉和所述α
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Al2O3微粉加入到所述混合料A中，继续混合15～20min，得到混合料B；然后将所述混合料B困料12～24小时，于50~100MPa条件下压制成型，得到素坯。
[0018]步骤2、将步骤1的素坯在100～120℃条件下干燥12～24h；在烧结炉中先以4～6℃/min的速率由室温升温至1000℃，再以1.5～2.5℃/min的速率升温至1350℃～1450℃，保温3～8h，自然冷却，切磨，制得水泥窑篦冷机用轻量挂砖。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、首先，本专利技术将有机硅废液及电解槽侧壁废料等作为主要原料，实现了废弃物的高效二次利用，变废为宝，有利于节能环保。铝电解槽侧壁用碳化硅结合氮化硅材料经过长期高温服役结构非常致密，使其不仅具有较为优异的抗侵蚀性能，更重要的是具有优异的硬度及耐磨性能。因此将废弃的侧壁破碎后作为耐火材料的原料，可保证轻量挂砖的耐磨性能。通过碳化硅或氮化硅颗粒形式引入，其耐磨性能较引入粉体耐磨性能提升更为明显。另一方面，有机硅废液中大部分为具有粘度的含硅有机物，可作为挂砖的结合剂使用，在高温烧成过程中，有机物的分解可在耐火材料中形成大量气孔，提高挂砖的气孔率及轻量化程度；此外，有机硅废液分解后形成大量高活性的纳米级别的SiO2，可以进一步促进莫来石系耐火材料的烧结，增加莫来石
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碳化硅结合氮化硅间的界面结合作用，提高挂砖的整体力学性能。综上所述，将有机硅废液及电解槽侧壁废料等作为主要原料，不仅可降低轻量
挂砖的生产成本，还显著提高了材料的服役性能。
[0020]2、现有莫来石碳化硅挂砖等内衬材料密度大、导热系数高，大大增加了挂载装置的负荷，篦冷机区域服役温度高达1000~1200℃，金属挂载装置容易在高温产生变形，危及生产安全；采用复合结构的挂砖，轻质
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重质间的热膨胀系数差异较大，高温下容易产生热剥落。相比之下，本专利技术采用将有机硅作为结合剂，其中大量有机物在高温热解后可以造孔，制品具有均质的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，其特征在于，包括以下质量份数的组分：60~70份的矾土骨料、8~12份矾土细粉、4~12份广西白泥细粉、1~3份单质Si粉、5~10份电解槽侧壁骨料、4~8份α
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Al2O3微粉、3~10份有机硅废液。2.如权利要求1中所述的一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，其特征在于，所述矾土骨料的颗粒级配是：粒径为3~5mm的占矾土骨料40～50wt％，粒径为1~3mm的占矾土骨料25～40wt％，粒径为0.1~1mm的占矾土骨料10～25wt％。3.如权利要求1中所述的一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，其特征在于，所述矾土细粉的粒径≤0.088mm，矾土细粉中Al2O3含量≥70wt％。4.如权利要求1中所述的一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，其特征在于，所述广西白泥细粉的粒径≤0.088mm，广西白泥细粉中的Al2O3含量≥30wt％。5.如权利要求1中所述的一种水泥窑篦冷机用轻量挂砖，其特征在于，所述α
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Al2O3微粉的粒径≤ 10μm，α
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Al2O3微粉中的Al2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春福，李正柱，胡华，张浩，黄迪，刘延华，杨格，
申请(专利权)人：营口丰华耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：