CN101774791B - 用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，属于耐火材料技术领域。喷涂料由以下原料组份及重量百分数组成：工业陶瓷废料55～65％；焦宝石粉5～15％；微硅粉3～6％；硅酸盐水泥20～30％；FDN高效减水剂0.1～0.8％；糊精1～1.5％。陶瓷废料的化学组成：AL₂O₃≤30％，SiO₂≥60％。陶瓷废料破碎为0.088～5mm的颗粒状料。本发明的高强耐酸耐磨喷涂料结构致密，体积稳定，强度高，耐冲刷，施工方法简单，机械化程度较高。由于采用了陶瓷废料做本发明高强耐酸耐磨喷涂料的骨料，使本发明的喷涂料不仅性能优良，而且成本低廉，适合大面积推广使用。

Description

用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种用于酸性介质气氛工业炉设备内衬的耐酸性能好、强度高、体积稳定、耐冲刷的喷涂料。

背景技术

现有技术中，高炉粗煤气***旋流除尘器或重力除尘器是高炉在生产中产生煤气的一级降尘净化设备，它的主要工作原理是：利用除尘器的空间减缓炉气的流动速度，依靠炉尘自重，将炉气中稍大的炉尘沉降、去除。由于在工作过程中除尘器内壁受到高速气流的强力冲刷(气流速度约为10m/s)，且长期工作在酸性介质(如P、S、N、冷凝水等)的气体中，因此为保护内壁，通常在其表面砌筑或喷涂一层耐酸耐磨的内衬材料，传统内衬一般由高铝砖或一级粘土砖砌筑，也有使用喷涂料FH-140的，但使用寿命均不长，通常为3～6个月。

烧结机大烟道主要工作原理是：在烧结机台车运行过程中，沿大烟道风箱均匀分布的抽风机将台车上的烧结矿燃烧层逐步向下燃烧，直至烧结矿层全部烧结。同样，为保护烧结机大烟道在工作过程中不受高速气流的强力冲刷(气流速度约为15～25m/s)，以及气体中的酸性介质(如P、S、N、冷凝水等)的侵蚀，也要在其表面或覆盖一层耐酸耐磨的内衬材料，一般由粘土砖砌筑，内衬厚度一般为115mm，使用寿命30～50天。

在冶金行业中，还有许多与上述设备类似的设备，现有技术中，它们的内衬均采用中性材料，铝含量较高，本申请人认为它们的损毁机理是：首先在酸性介质侵蚀下，导致内衬材料自身强度下降，进而在高速气流的冲刷下逐步形成剥落损毁，严重影响设备的正常运行。目前，尚无成功解决上述技术难题的可用技术方案，和适用于上述条件的优质高强耐酸耐磨喷涂料。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，克服了传统内衬材料在长期酸性介质作用下剥落和酸蚀严重的缺陷，而且成本低廉，适合大面积推广使用。

本发明的技术方案是：用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料由以下原料组份及重量百分数组成：

工业陶瓷废料    55～65％；

焦宝石粉        5～15％；

微硅粉          3～6％；

硅酸盐水泥      20～30％；

以上述原料组份混合物重量为基准加入下述外加剂：

FDN高效减水剂     0.1～0.8％；

糊精              1～1.5％。

所述的工业陶瓷废料破碎为0.088～5mm的颗粒状料。

所述的工业陶瓷废料是指高温电磁瓶陶瓷废料、或民用餐具陶瓷废料、或洁具陶瓷废料、或花瓶陶瓷废料，或以上陶瓷废料之中的两种以上的混合陶瓷废料。

所述工业陶瓷废料的化学组成中：AL₂O₃≤30％，SiO₂≥60％。

所述的焦宝石粉的粒度≤180目。

所述的微硅粉为SiO₂≥92％，中位径为0.3μm，粒度≤1μm的粉料。

所述的硅酸盐水泥为525#普硅水泥。

本发明的高强耐酸耐磨喷涂料中的主要成分均由硅含量较高的原料组成，本身具有耐酸侵蚀的优异性能，因此有效地克服了传统内衬材料在长期酸性介质作用下剥落和酸蚀严重的缺陷，本发明的高强耐酸耐磨喷涂料结构致密，体积稳定，强度高，耐冲刷，施工方法简单，机械化程度较高。由于采用了陶瓷废料做本发明高强耐酸耐磨喷涂料的骨料，使本发明的喷涂料不仅性能优良，而且成本低廉，适合大面积推广使用。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式及有关技术问题作进一步详细的描述。本申请人在作出本发明之前，对现有技术中所存在的酸性介质气氛工业炉设备内衬使用寿命短的问题进行了大量的调查研究，现举一例说明。

某厂家为了克服除尘器内衬材料使用寿命不长的缺陷，先后尝试各种高强耐磨材料，用以提高设备内衬的使用寿命，以下是两个厂所生产的内衬材料性能和使用情况。

表1  某厂耐磨材料性能和使用情况

表中列举的两个厂家的材料虽然从指标来看都相当不错，也有用刚玉陶瓷片组装，但实际使用情况都不太理想，剥落情况严重，使用寿命不长(均少于一年)，这主要是由于上述工作衬主要成分均为Al₂O₃，为中性材料，它同样存在着传统用材的弊病，耐酸侵蚀性差，酸性介质首先侵蚀掉基质部分，导致材料强度降低，在强气流夹带粉尘的冲刷下，内衬材料逐步剥落，最后损毁，并且制品的热稳定性能很差，所以即使强度再好也无济于事，这就是其使用情况不理想的主要原因，而且其材料价格均偏高，一般用户很难接受。

下面详细叙述本发明的技术思想。首先叙述本发明选择骨架材料的技术思想。目前，国内的用于本发明所述工作条件的材料一般是以高铝质或刚玉质材料作为骨架材料。它们同属中性材料，含铝量较高，其耐酸性能均不够理想，而且结构致密，对于设备的保温效果起到了负面影响。刚玉质材料成本较高，不宜大量推广使用。

经过反复比较论证，本申请人确定以陶瓷工业废料作为该材料的骨料，(陶瓷工业废料属高温电磁瓶等产品废料，铝含量AL₂O₃≤30％，SiO₂≥60％)，选择的理由：首先，陶瓷废料硅含量高，需要的烧结温度低，在经过高温烧煅后陶瓷化程度高，颗粒致密，硬度高，且体积稳定性好，重要的是陶瓷废料属于半硅质材料，具有较好的耐酸性能，完全适用于所用设备的工矿条件。且陶瓷废料比重相对于高铝或刚玉质材料小，对设备的保温非常有利。陶瓷废料为废料利用，不仅降低了喷涂材料的成本，节约了资源，同时为陶瓷工业废料的开发利用开辟出一条新路。

再叙述本发明选择基质材料的技术思想。焦宝石是我国优质硬质粘土的代表，煅烧后的焦宝石Al₂O₃含量在40～44％左右，Fe₂O₃不大于2％，成分稳定，质地均匀，结构致密，吸水率低，断面呈贝壳状。焦宝石粉属半硅质材料，具有较好的耐酸性能，是比较理想的基质材料。

最后，叙述选择结合剂的技术思想。结合材料是确保喷涂材料具备较高的强度的关键，热硬性结合剂(树脂)和气硬性结合剂(溶胶)由于设备工作温度的限制，均不能获得理想的结构强度，耐磨性也会大打折扣。而水硬性结合剂(硅酸盐水泥)属碱性材料，在常温和中温条件下有足够的结构强度，且耐酸侵蚀性强，生产简单，施工方便，虽随温度升高强度有所降低，但在上述设备正常工作温度范围内仍能满足内衬正常工作所需的强度要求。

本发明的主要特点：选择利用硅含量较高的原材料(包括陶瓷废料)自身耐酸性能优异的特性，研制出适合相应工况条件下的耐酸侵蚀性好，抗剥落性和耐磨性强的喷涂料，以取代传统的作为除尘器和烧结机大烟道内衬等类似工业炉设备内衬材料——高铝质或刚玉质材料，达到延长衬体的使用寿命，降低成本，保护环境的目的。

下面描述本发明的一个具体实施方案。采用本发明之前，某钢铁集团5#高炉旋流除尘器所用内衬材料为喷涂料FN-130及FN-140，4#高炉旋流除尘器内衬采用的是组装刚玉陶瓷片，一般都在使用三个月后工作面开始发生严重的酸性介质侵蚀，剥落，逐步导致内衬形成空洞，严重影响该设备的正常运行。

经过多方比较选择，2008年某钢铁集团新5号高炉粗煤气***旋流除尘器最终选用本发明的高强耐酸耐磨喷涂料，其配料组成见表2.

表2本发明高强耐酸耐磨喷涂料材料配比

材料组成(％)	工业陶瓷废料	焦宝石粉	微硅粉	硅酸盐水泥	FDN	糊精
							高强耐酸耐磨喷涂料	60	15	5	20	0.4	1

本申请人提供的喷涂料性能检测结果见下表：

表3本发明高强耐酸耐磨喷涂料物理性能检测结果

表4本发明高强耐酸耐磨喷涂料耐酸性能检测结果

注：试验用酸为硫酸

表5本发明高强耐酸耐磨喷涂料与刚玉质浇注料耐磨性能检测结果对比

从表1、3看出本发明的喷涂料在工作温度范围内(400℃左右)体积密度为1.95g/cm³，而高铝质喷涂料和刚玉质涂抹料体积密度一般分别为≥2.4g/cm³和≥2.7g/cm³，从正常角度来看体积密度高传热快。显而易见，上述材料中本发明的喷涂料保温效果相对于高铝质喷涂料和刚玉质涂抹料要好得多。从强度上看本发明的喷涂料在工作温度范围内抗折强度均≥11MPa、抗压强度均≥71MPa，它与高铝质喷涂料和刚玉质涂抹料的强度不相上下(刚玉质涂抹料的抗折强度为10～16MPa)，结合表5的试验可以看出，本发明的喷涂料与刚玉质喷涂料在工作温度范围内磨损量基本相近(本发明的喷涂料为1.8～2.8cm³，刚玉质涂抹料为1.7～2.4cm³)，这有力证明了在没有酸性介质作用的工作状态下本发明的喷涂料和高铝质喷涂料及刚玉质涂抹料有着非常相近的物理特性，是完全可以取代的。

从表4看出本发明的喷涂料最突出的特点是：具有优异的耐酸性能。本发明的喷涂料在最恶劣酸性作用的工作状态下(在80℃温度条件下于20％浓度硫酸浸泡72h)强度损失仅有6.7％，浸透度3.64mm，浸蚀度1.66mm，而高铝质喷涂料在同等条件下一般浸蚀度为4～6mm，浸透度10mm左右，可见本发明的喷涂料其耐酸特性是高铝质喷涂料或刚玉质涂抹料无可比拟的。

本发明的喷涂料自2008年8月初在某钢铁集团新5号高炉粗煤气***旋流除尘器上施工完成以来，使用至今(2009年1月)仍完好无损。据本申请人判断本发明的喷涂料至少还能正常工作5～8年时间(本发明的早期工业试验料，曾在南京梅山焦化厂烧结机大烟囱中应用，使用近10年)。这与现有技术的多种同类喷涂料相比，在技术上是一个全新的突破，完全符合目前提倡绿色耐材的国策，为我国节能减排开辟了一条新路。

Claims (6)

1.一种用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的高强耐酸耐磨喷涂料由以下原料组份及重量百分数组成：

工业陶瓷废料            55～65％；

焦宝石粉                5～15％；

微硅粉                  3～6％；

硅酸盐水泥              20～30％；

以上述原料组份混合物重量为基准加入下述外加剂：

FDN高效减水剂           0.1～0.8％；

糊精                    1～1.5％；

所述工业陶瓷废料的化学组成中：Al₂O₃≤30％，SiO₂≥60％。

2.根据权利要求1所述的用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的工业陶瓷废料破碎为0.088mm～5mm的颗粒状料。

3.根据权利要求1所述的用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的工业陶瓷废料是指高温电磁瓶陶瓷废料、或民用餐具陶瓷废料、或洁具陶瓷废料、或花瓶陶瓷废料，或以上陶瓷废料之中的两种以上的混合陶瓷废料。

4.根据权利要求1所述的用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的焦宝石粉的粒度≤180目。

5.根据权利要求1所述的用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的微硅粉是SiO₂≥92％，中位径为0.3μm，粒度≤1μm的粉料。

6.根据权利要求1所述的用于酸性介质气氛工业炉内衬的高强耐酸耐磨喷涂料，其特征在于：所述的硅酸盐水泥为525#普硅水泥。