CN104446524A

CN104446524A - 一种基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝质浇注料

Info

Publication number: CN104446524A
Application number: CN201410519387.1A
Authority: CN
Inventors: 陈松林; 曾鲁举; 李江涛; 钱学强; 钱蛇大; 陈磊; 俞洪芳; 彭国军; 吴顺年; 蒋顺才
Original assignee: RUITAI TECHNOLOGY Co Ltd; YIXING RUITAI REFRACTORY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: RUITAI TECHNOLOGY Co Ltd; YIXING RUITAI REFRACTORY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: CN104446524B

Abstract

本发明涉及一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝基浇注料，属无机非金属材料学科耐火材料领域。本发明的浇注料采用板状刚玉、氧化铝空心球、电熔刚玉粉、六铝酸镧、铬酸镧、锰酸镧、锶锰酸镧、的氧化、氧化锶、ρ-Al₂O₃、碳酸钙为原料，纯铝酸钙水泥为结合剂，外加分散剂聚羧酸按比例混合制成。本发明的优点是力学强度高、耐磨性好、烧后线变化小、导热系数低，热发射率高(0.9或以上)，具有显著的热障和热辐射功能，应用于800～1600℃之间高温环境下服役的热工设备，节能效果可达12％以上。

Description

一种基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝质浇注料

技术领域

本发明涉及一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝基浇注料，属于无机非金属材料学科耐火材料领域。

背景技术

工业窑炉砌体的蓄热损失和窑炉外表面散热损失，一般约占燃料消耗的24-45％。传统上，用热导率低、热容量小的轻质材料做炉体结构材料，可节省燃料消耗。但是轻质材料存在致命的弱点，强度低，耐磨性能差，气孔多，抗渗透和抗侵蚀性能差，使得工业窑炉的工作层都不采用轻质耐火材料，而是在高温工作端(1000～1600℃以上)采用抗侵蚀性好和耐磨损的重质耐火材料，重质材料恰恰热容量大，热导率高，不利于窑炉的保温盒节能，为了达到事后补救的效果，于是在重质材料之后(由于温度降至了1000℃以下)采用轻质材料，作为保温材料，此种保温的效果是在低温端进行保温，实际上窑炉已经吸收了大量的能源，效果当然不如在高温端直接保温更节能。

为解决重质耐火材料强度高、耐磨损、抗侵蚀好，但导热率高、热容大，保温效果差，而轻质耐火材料导热率低、热容小、保温效果好，但强度低、易磨损、抗侵蚀差的矛盾，目前采用的方法是在重质材料的基础上涂抹一种热辐射涂料，但涂抹的涂料往往和重质材料结合不强，容易起皮脱落，另外，涂料本身的耐磨性能不好，在长时间的气流和粉尘的冲击下逐渐磨损消耗，导致窑炉的节能效果逐渐变差，最终失去在窑炉内辐射，窑炉外保温的效果。

对于热工炉窑而言，依据玻尔兹曼定律Q＝E_H·δ·(T_H ⁴-T_C ⁴)(其中Q为单位面积在单位时间内辐射出的总能量；E_H为辐射系数，或叫发射率；δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；T_H高温物体的温度；T_C环境温度)，因此，高温服役环境决定了辐射传热占总热量传递的80％以上。强化辐射传热是炉窑节能的必由之路，而不是过去的采取降低热导率作为唯一节能的途径。将炉壁的红外发射率由目前的0.5提高到0.9，可以实现15％以上的节能。这意味着通过强化辐射传热，热工炉窑热效率可提高15％以上。

发明内容

本发明的目的在于研究一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝基浇注料，本发明是一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用浇注料，在高温隔热浇注料中加入六铝酸镧、铬酸镧、锰酸镧、锶锰酸镧、氧化铬、氧化锶等高发射率物质，起到热辐射保温和热障保温的双重的效果。本发明的优点是适用范围广，保温效果好，力学强度高、耐磨性好、烧后线变化小、导热系数低，热发射率高，均在0.9或以上，具有显著的热障和热辐射功能。可用于800℃～1600℃之间高温下服役的、以辐射传热为主的各类加热设备，也包括工业余热回收等热工窑炉，包括钢铁、有色、石化、建材、耐火、垃圾焚烧等各种高能耗的工业领域；本发明的保温效果比传统重质材料加轻质保温材料的方法节省燃料达到12～15％，尤其是在1600℃以上的热工窑炉节能效果可达15％以上。

本发明的原料为：(1)采用粒度4～2mm和2～1mm的板状刚玉，粒度1～0.5mm，0.5～0.088mm的高纯氧化铝空心球(Al₂O₃含量≥99％，SiO₂含量≤0.18％)为骨架，氧化铝空心球优点是积密度小、高温强度大、使用温度高、导热率低，具有在浇注料中阻止热传导的热障功能；(2)采用电熔刚玉粉(Al₂O₃含量≥99％，SiO₂含量≤0.18％，≤0.045mm)为基质，起增强浇注料的功能；(3)掺入高发射率的热辐射功能粉体，主要有粒度≤0.020mm的六铝酸镧、铬酸镧、锰酸镧、锶锰酸镧、氧化铬、氧化锶等微粉；(4)加入粒度≤0.010mm的ρ-Al₂O₃微粉、碳酸钙微粉，起增强反应活性，便于生成六铝酸钙、铝酸钙等物质；(5)加入纯铝酸钙水泥为结合剂；(6)用聚羧酸为减水剂，减少施工中水加入量，利于浇注料烘烤干燥。

本发明的配方重量百分比和粒度含量如下：

(1)粒度4～2mm的板状刚玉，6～10％；

(2)粒度2～1mm的板状刚玉，15～25％；

(3)粒度1～0.5mm的氧化铝空心球，10～20％；

(4)粒度0.5～0.088mm的氧化铝空心球，8～15％；

(5)粒度≤0.045mm的电熔刚玉粉，5～15％；

(6)粒度≤0.020mm的六铝酸镧，2～6％；

(7)粒度≤0.020mm的铬酸镧，4～8％；

(8)粒度≤0.020mm的锰酸镧，2～6％；

(9)粒度≤0.020mm的锶锰酸镧，2～6％；

(10)粒度≤0.020mm的氧化铬，3～5％；

(11)粒度≤0.020mm的氧化锶，0.5～1.5％；

(12)粒度≤0.010mm的ρ-Al₂O₃，5～10％；

(13)粒度≤0.010mm的碳酸钙，2～4％；

(14)纯铝酸钙水泥，2.5～3.5％；

外加聚羧酸+0.1～0.15％；

以上原料经强力混碾均匀，制备成基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝质浇注料，用塑料袋防潮包装。

本发明的浇注料使用时，另加水(加水量+3～3.5％)震动浇注施工，施工完毕养护72小时后拆模，再自然干燥72小时，经120℃烘烤48小时，然后缓慢升温(每小时升温不超过20℃)至工作的温度。

具体实施方式

表1列出基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝基浇注料实施例1、实施例2、实施例3的配方及其性能指标。

从表1可知，实施例1、实施例2、实施例3的发射率均达0.90，远大于普通的高铝质材料发射率(0.30～0.50)，因此在高温环境必具良好的节能效果。另外由于采用了氧化铝空心球为原料，材料的热导率约为1.3W·m^-1·K^-1，比普通的高铝质材料的热导率低(1000～1600℃时，2.1～2.5W·m^-1·K^-1)，通过炉衬向外传导的热量比普通高铝材料少，因此具有显著的热障功能。实施例1、实施例2、实施例3均具有良好的耐磨性能和适当强度(常温耐压强度≥80MPa)、永久线变化率低(≤0.2％)，均达到我国热工窑炉的标准，满足一般的热工窑炉服役要求，也保证了炉衬的使用寿命。实施例1应用于乙烯裂解炉，节能效果为12.6％；实施例2应用于高温隧道窑，节能效果为15.8％；实施例3应用于钢铁公司加热炉，节能效果13.5％。

表1基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝质浇注料的实例和性能列表

Claims

1.一种基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用氧化铝质浇注料，其特征在于：所述的浇注料原料的粒度及重量百分比配方为：粒度4～2mm的板状刚玉6～10％、粒度2～1mm的板状刚玉15～25％、粒度1～0.5mm的氧化铝空心球10～20％、粒度0.5～0.088mm的氧化铝空心球8～15％、粒度≤0.045mm的电熔刚玉粉5～15％、粒度≤0.020mm的六铝酸镧2～6％、粒度≤0.020mm的铬酸镧4～8％、粒度≤0.020mm的锰酸镧2～6％、粒度≤0.020mm的锶锰酸镧2～6％、粒度≤0.020mm的氧化铬3～5％、粒度≤0.020mm的氧化锶0.5～1.5％、粒度≤0.010mm的ρ-Al₂O₃5～10％、粒度≤0.010mm的碳酸钙2～4％、纯铝酸钙水泥2.5～3.5％，外加聚羧酸+0.1～0.15％，其中所述的高纯氧化铝空心球Al₂O₃含量≥99％、SiO₂含量≤0.18％，所述的电熔刚玉粉Al₂O₃含量≥99％、SiO₂含量≤0.18％。