CN103771884B - 硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法，属于不定形耐火材料领域，具体涉及一种硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法。本发明选择了一种具有耐磨耐火性能、具有轻型化特点的硅酸盐废弃物，加工成轻型颗粒料，提供了一种轻型颗粒料及其制备方法；用轻型颗粒料替代高铝矾土骨料作为耐磨耐火浇注料的颗粒料，提供了一种轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法。解决了传统耐磨耐火浇注料所用高铝矾土颗粒料，生产过程优质铝矾土矿产资源消耗量大，煅烧过程煤炭消耗量大的问题，使耐磨耐火浇注料体积密度减小、耐磨性和抗热震性提高。
Description
技术领域
本发明属于不定形耐火材料领域，具体涉及一种硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法。
背景技术
本发明所涉及的轻型耐磨耐火浇注料，是一种热电行业循环流化床锅炉旋风分离器椎体等部位使用的耐磨耐火衬里材料，在915℃左右的温度条件下接受块状和粉状物料的长期冲击磨损，起着保护蒸汽管路、炉壁等金属部件的作用，其性能影响锅炉使用寿命、制造成本以及锅炉业主建造成本。
循环流化床锅炉是火力发电厂的关键设备，因为其热效率高，自1779年以来在全世界得到迅速推广、应用。因其能经济合理地燃用劣质煤，在清洁燃烧方面显示出很大的优越性，在国内发展迅猛。不断大型化是国内外循环流化床锅炉发展的总趋势，技术水平不断提高，对耐磨耐火衬里材料的技术要求也在不断提高，要求耐磨耐火衬里材料具有良好的耐磨性和抗热震性，还要求其具有更小的体积密度；目的是延长衬里材料使用寿命，降低衬里材料整体重量，减少承载用钢结构材料用量，降低锅炉制造成本，降低锅炉业主的安装、建设成本。
传统耐磨耐火浇注料以高铝矾土为颗粒料, 高铝矾土的生产过程需要消耗大量的优质铝矾土矿产资源，因煅烧温度高和煅烧时间长，煅烧过程需要消耗大量的煤炭燃料；因优质矾土资源不断减少等原因，价格不断上涨。所述高铝矾土为GL-85A优质高铝矾土，体积密度≥3.1g/cm3, Al2O3含量≥85%，主晶相为刚玉和莫来石。
体积密度、常温耐磨性和抗热震性是耐磨耐火浇注料的关键性能指标。高铝矾土具有体积密度大、硬度大、热膨胀系数大和耐火度高的特点，高铝矾土为颗粒料的传统耐磨耐火浇注料，体积密度大，不具有轻型化特点；高铝矾土颗粒尽管具很高的硬度和耐火性能，但烧结活化能高，在循环流化床锅炉915℃左右的使用条件下，难以与基质部分进行充分烧结，影响了颗粒部分与基质部分的结合强度，造成磨损过程中颗粒料容易脱落，影响其整体耐磨性能；高铝矾土热膨胀系数大，造成可塑料整体热膨胀系数大，影响浇注料在使用条件下的抗热震性。
发明内容
为了解决传统耐磨耐火浇注料所用高铝矾土颗粒料，生产过程优质铝矾土矿产资源消耗量大，煅烧过程煤炭消耗量大的问题；为了使耐磨耐火浇注料体积密度减小、耐磨性和抗热震性提高，本发明提供了一种硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料，其特征在于：包含的组分及其所占的质量份数如下：
轻型颗粒料 65-72份；
高铝矾土细粉 15-18份；
氧化铝微粉 3-6份；
二氧化硅微粉 3-6份；
无机结合剂 5-8份；
减水剂 0.15份。
本发明所述的硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料，其特征在于：所述的轻型颗粒料，其制备工艺包括如下步骤：
1）在窑炉拆除现场对该种硅酸盐废弃物进行拣选，防止杂质和其它废弃物进入；
2）将该种硅酸盐废弃物运至生产现场，进行水淋清洗，去除表面附着杂质；
3）使用手锤、扁铲等工具，去除表面侵蚀杂质；
4）自然晾干；
5）用风镐、大锤等工具，将废弃物大块破碎成小块；
6）用装载机采用堆垛法均化3遍，堆垛法即在水泥地面上将物料堆成圆锥体，使物料从椎体顶部向椎体周围均匀流淌的均化办法；
7）将小块废弃物，加入鄂式破碎机和锤击式破碎机进行破碎；
8）使用振动筛进行筛分，筛分成为0.2-8mm颗粒料，即所谓轻型颗粒料。
所述轻型颗粒料，其体积密度2.32-2.42g/cm3,吸水率1.1-2.1%，Al2O3含量44-47%，主晶相位莫来石和玻璃相，粒度为0.2-8mm。
所述高铝矾土细粉为GL-85A优质高铝矾土细粉，粒度为0.2-0.044mm；
所述氧化铝微粉为α- Al2O3，Al2O3含量为99%，中位粒径为3-6微米；
所述二氧化硅微粉，SiO2含量96.6%，中位粒径小于3微米；
所述无机结合剂为Al2O3含量56%的A600铝酸盐水泥，粒度小于200目；
所述减水剂为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物，比例为1：1。
本发明硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料的制作方法，其特征在于：包含如下步骤：
1）物料的选取
分别选取上述适当规格的原料：轻型颗粒料为0.2-8mm, 高铝矾土细粉粒度为0.2-0.044mm，氧化铝微粉中位粒径为3-6微米，二氧化硅微粉中位粒径为小于3微米，无机结合剂粒度小于200目，减水剂是预先混合均匀的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物；
2）混合料的配制
按重量比称取轻型颗粒料65-72份，高铝矾土细粉15-18份、氧化铝微粉3-6份、二氧化硅微粉3-6份，上述4种物料总重为92-95份，混合均匀后即为混合料，装入编制袋中；
3）小料配制
称取无机结合剂5-8份和减水剂0.15份，混合均匀后，即为总重为5.15-8.15份的小料，装入塑料袋中密封；
4）轻型耐磨耐火浇注料包装
将步骤3）制备的小料，装入步骤2）中的编制袋中，封口后即为成品轻型耐磨耐火浇注料。
本发明的有益效果是：
1）如表一所示，所述轻型耐磨耐火浇注料与传统耐磨耐火浇注料的相比，体积密度显著降低，抗热震性显著提高，常温耐磨性更好，即磨损量更小，使用寿命显著延长。
表一：轻型耐磨耐火浇注料与传统耐磨耐火浇注料的对比表格
2）节省优质矾土资源和燃料，保护了生态环境。将一种硅酸盐废弃物，制备成轻型颗粒料用作循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料的颗粒料，减轻了该废弃物排放所造成的环境压力；替代了需要消耗大量燃料和优质铝矾土矿物资源才能生成的优质高铝矾土，从而为社会节约了能源和资源。
3）与以优质高铝矾土为颗粒料的耐磨耐火浇注料比较，轻型耐磨耐火浇注料体积密度显著降低，在同体积情况下，重量减轻16%左右，显著降低了锅炉承重用钢结构负荷。内衬材料重量降低，对于大型循环流化床锅炉制造成本降低意义重大，轻型耐磨耐火浇注料能够适应循环流化床锅炉不断大型化的发展趋势。
4）轻型耐磨耐火浇注料具有很好的抗热震性能，有利于循环流化床锅炉维修周期的延长，能够降低客户设备维修成本。
具体实施方式
在本发明中，首先选择了一种具有耐磨耐火性能、具有轻型化特点的硅酸盐废弃物，加工成轻型颗粒料，提供了一种轻型颗粒料及其制备方法；用轻型颗粒料替代高铝矾土骨料作为耐磨耐火浇注料的颗粒料，提供了一种轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法。
所述硅酸盐废弃物是一种废弃窑炉内衬，主成分为Al2O3和SiO2，主晶相为莫来石和玻璃相，属于硅酸盐质致密、耐侵蚀、耐火材料，属于无毒固体废弃物，排放后会形成生态环境压力。
一、轻型颗粒料及其制备方法
所述轻型颗粒料，其体积密度2.32-2.42g/cm3,吸水率1.1-2.1%，Al2O3含量44-47%，主晶相位莫来石和玻璃相，粒度为0.2-8mm；
所述轻型颗粒料的轻型，是指轻型颗粒料体积密度2.32-2.42g/cm3，相对GL-85A优质高铝矾土体积密度≥3.1g/cm3为轻型；
所述硅酸盐废弃物在窑炉拆除现场，会与其它废弃物一块堆放，容易混淆；其本身局部表层有侵蚀杂质；窑炉拆除过程及放置现场，会进入杂质。
（一）轻型颗粒料的制备步骤：
1）在窑炉拆除现场对该种硅酸盐废弃物进行拣选，防止杂质和其它废弃物进入；
2）将该种硅酸盐废弃物运至生产现场，进行水淋清洗，去除表面附着杂质；
3）使用手锤、扁铲等工具，去除表面侵蚀杂质；
4）自然晾干；
5）用风镐、大锤等工具，将废弃物大块破碎成小块；
6）用装载机采用堆垛法均化3遍，堆垛法即在水泥地面上将物料堆成圆锥体，使物料从椎体顶部向椎体周围均匀流淌的均化办法；
7）将小块废弃物，加入鄂式破碎机和锤击式破碎机进行破碎；
8）使用振动筛进行筛分，筛分成为0.2-8mm颗粒料，即所谓轻型颗粒料。
（二）轻型颗粒料与高铝矾土颗粒料的比较：
如表二所示，所述轻型颗粒料与高铝矾土颗粒料相比，尽管其制作过程机械操作相对少、人工操作相对多，但节约了优质铝矾土资源，省去了煅烧过程，节约了燃料，生产成本显著降低。
表二：轻型颗粒料与高铝矾土颗粒料的对比表格
| 项目 | Al2O3 % | 体积密度g/cm3 | 热膨胀系数×10-6 | 主晶相 |
| GL-85A高铝矾土骨料 | ≥85 | ≥3.1 | 6.7 | 刚玉、莫来石 |
| 轻型颗粒料 | 44-47 | 2.32-2.42 | 4.7 | 莫来石、玻璃相 |
二、轻型耐磨耐火浇注料及其制备方法
所述轻型耐磨耐火浇注料的轻型是指其体积密度为2.2-2.3g/cm3,小于传统耐磨耐火浇注料的2.7-2.8 g/cm3。
所述轻型耐磨耐火浇注料具有体积密度小的轻型化特征，与传统耐磨耐火浇注料相比，具有更好的耐磨性能和抗热震性，在循环流化床锅炉上的使用寿命也显著延长。
制造技术方案是用前述制备的轻型颗粒料替代高铝矾土颗粒料作为轻型耐磨耐火浇注料的颗粒料，以高铝矾土细粉、氧化铝微粉、二氧化硅微粉为基质料，引入无机结合剂和减水剂，制备成循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料。
（一）循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料各成分按重量比的加入量为：轻型颗粒料65-72份，高铝矾土细粉15-18份，氧化铝微粉3-6份，二氧化硅微粉3-6份，无机结合剂5-8份，减水剂0.15份。
所述轻型颗粒料，其体积密度2.32-2.42g/cm3,吸水率1.1-2.1%，Al2O3含量44-46%，主晶相为莫来石和玻璃相，粒度为0.2-8mm；
所述高铝矾土细粉为GL-85A优质高铝矾土细粉，粒度为0.2-0.044mm；
所述氧化铝微粉为α- Al2O3，Al2O3含量为99%，中位粒径为3-6微米；
所述二氧化硅微粉，SiO2含量96.6%，中位粒径小于3微米；
所述无机结合剂为Al2O3含量56%的A600铝酸盐水泥，粒度小于200目。
所述减水剂为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物，比例为1：1。
（二）该种轻型耐磨耐火浇注料的制备方法，包含以下步骤：
1）物料的选取
分别选取上述适当规格的原料：轻型颗粒料为0.2-8mm, 高铝矾土细粉粒度为0.2-0.044mm，氧化铝微粉中位粒径为3-6微米，二氧化硅微粉中位粒径为小于3微米，无机结合剂粒度小于200目，减水剂是预先混合均匀的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物；
2）混合料的配制
按重量比称取轻型颗粒料65-72份，高铝矾土细粉15-18份、氧化铝微粉3-6份、二氧化硅微粉3-6份，上述4种物料总重为92-95份，混合均匀后即为混合料，装入编制袋中；
3）小料配制
称取无机结合剂5-8份和减水剂0.15份，混合均匀后，即为总重为5.15-8.15份的小料，装入塑料袋中密封；
4）轻型耐磨耐火浇注料包装
将步骤3）制备的小料，装入步骤2）中的编制袋中，封口后即为成品轻型耐磨耐火浇注料。
下面结合具体的实施例对循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料的发明做进一步的阐述，见下表：
表三： 循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料制备实施例参数及检测结
（三） 轻型耐磨耐火浇注料使用方法：本发明制备的循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料使用方法是，将92-95份混合料和5.15-8.15份小料依次加入搅拌机中，搅拌均匀后，再加入6-8份可饮用自来水，再搅拌均匀即可浇注于施工部位，后续的养护和烘干等不再详述。
（四）创新点：
1）重复利用工业资源，保护生态环境，创造资源节约型的循环经济发展模式。将一种硅酸盐废弃物，制备成轻型颗粒料，用作循环流化床锅炉用轻型耐磨耐火浇注料的颗粒料，减轻了该废弃物排放所造成的环境压力，替代了需要消耗大量燃料和优质矾土资源才能生成的优质高铝矾土，从而为社会节约了能源和资源，降低了生产成本，促进了企业发展。
2）该种硅酸盐废弃物主晶相为莫来石和玻璃相，利用其玻璃相烧结活化能低的特点，使轻型耐磨耐火浇注料在915℃左右的工作温度下产生烧结，提高了轻型耐磨耐火浇注料耐磨性；利用莫来石相具有相互交错的网状结构、强度高的特点，使轻型耐磨耐火浇注料在使用条件下具有更好的耐磨性。
3）利用该种硅酸盐废弃物热膨胀系数小的特点，降低了轻型耐磨耐火浇注料的热膨胀系数，使轻型耐磨耐火浇注料具有更好的抗热震性。
4）利用该种工业废弃物体积密度小的轻型化特点，使轻型耐磨耐火浇注料具有了轻型化特征。
5）采用堆垛法作为均化措施，即使物料从堆垛椎体顶部向椎体周围均匀流淌的均化办法。工业废弃物重复利用，必须采取有效措施确保质量稳定和均匀，不然就会带来质量问题，甚至质量事故。本发明所采用的均化措施是用装载机采用堆垛法进行均化3遍；本办法堆垛高度可达5米，堆垛椎体下部直径可达10米，一次可均化190吨工业废弃物。实践证明均化效果良好，起到了很好的质量稳定作用。
6）采取有效措施，去除各种杂质、杂物，确保该种废弃物成分稳定，质量稳定。所采取的措施包括：在窑炉拆除现场对该种硅酸盐废弃物进行人工拣选，在我方生产现场进行水淋清洗，去除表面附着杂质；使用手锤、扁铲等工具，人工去除表面侵蚀杂质。
需要指出的是，上述实施方式仅是本发明优选的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在符合本发明工作原理的前提下，任何等同或相似的替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料，其特征在于：包含的组分及其所占的质量份数如下：
其中，所述高铝矾土细粉为GL-85A优质高铝矾土细粉，粒度为0.2-0.044mm；
所述氧化铝微粉为α-Al2O3，Al2O3含量为99％，中位粒径为3-6微米；
所述二氧化硅微粉，SiO2含量96.6％，中位粒径小于3微米；
所述无机结合剂为Al2O3含量56％的铝酸盐水泥，粒度小于200目；
所述减水剂为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物，比例为1：1；
所述的轻型颗粒料，其制备工艺包括如下步骤：
1)在窑炉拆除现场对该种硅酸盐废弃物进行拣选，防止杂质和其它废弃物进入；
2)将该种硅酸盐废弃物运至生产现场，进行水淋清洗，去除表面附着杂质；
3)使用手锤和扁铲作为工具，去除表面侵蚀杂质；
4)自然晾干；
5)用风镐和大锤作为工具，将废弃物大块破碎成小块；
6)用装载机采用堆垛法均化3遍，堆垛法即在水泥地面上将物料堆成圆锥体，使物料从锥体顶部向椎体周围均匀流淌的均化办法；
7)将小块废弃物，加入鄂式破碎机和锤击式破碎机进行破碎；
8)使用振动筛进行筛分，筛分成为0.2-8mm颗粒料，即所谓轻型颗粒料。
2.根据权利要求1所述的硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料，其特征在于：所述轻型颗粒料，其体积密度2.32-2.42g/cm3，吸水率1.1-2.1％，Al2O3含量44-47％，主晶相为莫来石和玻璃相，粒度为0.2-8mm。
3.根据权利要求1或2所述的硅酸盐废弃物为原料的轻型耐磨耐火浇注料的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
1)物料的选取
分别选取上述适当规格的原料：轻型颗粒料为0.2-8mm,高铝矾土细粉粒度为0.2-0.044mm，氧化铝微粉中位粒径为3-6微米，二氧化硅微粉中位粒径为小于3微米，无机结合剂粒度小于200目，减水剂是预先混合均匀的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的晶体粉末混合物；
2)混合料的配制
按重量比称取轻型颗粒料65-72份，高铝矾土细粉15-18份、氧化铝微粉3-6份、二氧化硅微粉3-6份，上述4种物料总重为92-95份，混合均匀后即为混合料，装入编制袋中；
3)小料配制
称取无机结合剂5-8份和减水剂0.15份，混合均匀后，即为总重为5.15-8.15份的小料，装入塑料袋中密封；
4)轻型耐磨耐火浇注料包装
将步骤3)制备的小料，装入步骤2)中的编制袋中，封口后即为成品轻型耐磨耐火浇注料。
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