CN115925431B - 一种水冷壁用高导热自流浇注料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水冷壁用高导热自流浇注料，其原料由SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β‑Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、铝酸盐水泥、分散剂组成。本发明的碳化硅高导热自流浇注料热导率高，达到12～20W·m‑1·K‑1(950℃)，本发明的高导热碳化硅自流浇注耐磨性25℃×24h为2.0～3.0cm3。本发明的自流浇注料能在自重作用下流动而无需振动，并能自流铺展、找平，可以流动到达振动浇注料无法到达的各种异形部位，也可泵送施工，具有重要的应用价值。

Description

一种水冷壁用高导热自流浇注料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种水冷壁用高导热自流浇注料及其制备工艺，属于无机非金属材料学科耐火材料领域。
背景技术
膜式水冷壁是指用扁钢和管子拼排焊成的气密管屏所组成的水冷壁。膜式水冷壁具有良好的严密性，对负压锅炉可显著降低炉膛的漏风系数，改善炉内的燃烧工况，还能适应正压燃烧对锅炉的要求，不易结渣，有效辐射受热面积增加，减少排烟热损失，提高锅炉热效率。由于膜式水冷壁的上述优点，使其在生产用汽、供热、热电联产、CFB电站锅炉、垃圾焚烧发电、有机危废焚烧发电等行业得到广泛应用。近年来随着“碳中和”的社会背景，为了获得更好的热交换效率，膜式水冷壁壁厚减薄设计越来越流行，但水冷壁受到高浓度、高风速的高流化态物料的冲刷，对耐火材料的耐磨性能和导热性能提出了更苛刻的要求。目前使用较广泛的耐火材料为刚玉碳化硅浇注料，其25℃×24h耐磨性为5.0～6.0cm3(GB/T18301方法)；导热系数通常在2.0～5.0W·m-1·K-1(950℃)，该种材料耐磨性能和导热性能都无法满足壁厚减薄(某些设计厚度有原来100mm以上减薄至50mm)的设计要求。另外，随着耐火材料壁厚减薄和管壁密集的锚固钉(如图1)，使原来的依靠振动棒震动施工法的浇注料工程施工变得非常困难。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种水冷壁用高导热自流浇注料以解决水冷壁的耐磨性和导热性偏低的问题。同时，解决薄壁设计时浇注施工困难的问题。本发明的碳化硅高导热自流浇注料是根据流变学原理，固态流体力学、紧密堆积原理开发出来的高性能浇注料，它无需振动即可流动和脱气，可浇注成各种形状的施工体，尤其适合薄壁或形状复杂无法振动成型的部位使用。
本发明的一种水冷壁用高导热自流浇注料，其原料由SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、铝酸盐水泥、分散剂组成。
按照质量份数计，其原料组成为：
(1)SiC骨料，45～60份；
(2)球形刚玉粉，15～25份；
(3)球形SiC纳米粉，10～25份；
(4)β-Si3N4微米纤维，5～25份；
(5)球形SiO2微米粉，5～10份；
(6)水泥，1～2份；
(7)皂角粉，0.05～0.10份；
(8)聚羧酸，0.5～1.0份；
(9)水，5～8份。
进一步，所述的碳化硅骨料的粒度为3～0.3mm；所述的球形刚玉粉为市售球形α-Al2O3微米粉，Al2O3含量＞98％，球形率＞95％，粒度30～100μm＞95％；所述的球形SiC纳米粉SiC含量＞98wt％，球形和类球形率＞95％，粒度0.030～0.100μm的占比＞95％；所述的球形SiO2微珠的SiO2含量＞98wt％，微珠直径0.40～1.2μm；所述的β-Si3N4微米纤维的Si3N4含量＞98wt％，纤维直径0.50～2.0μm、长径比(5～15)：1。
制备方法：将以SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、水泥、皂角粉、聚羧酸混合，经强力混碾均匀10～20min，制备成自流浇注了，用塑料袋防潮包装。
施工和养护：施工时，加入上述制备得到的自流浇注，加入水，强力搅拌3～5min后，从模口灌入模具施工，依靠自重自动流动铺展；也可泵送施工。施工完毕湿养护72h，拆模，自然干燥72h，之后在120℃烘烤48h，然后以20℃/h缓慢升温至工作温度。
本发明的高导热自流浇注料有益效果有：(1)热导率高，普通的刚玉碳化硅浇注料热导率为2.0～5.0W·m-1·K-1(950℃)，而本发明的高导热碳化硅自流浇注热导率为12～20W·m-1·K-1(950℃)，极大的提高了水冷壁和锅炉的热交换效率，减少锅炉烟气排放温度；(2)耐磨性好，普通的刚玉碳化硅浇注耐磨性25℃×24h为3.0～6.0cm3，而本发明的高导热碳化硅自流浇注耐磨性25℃×24h为2.0～3.0cm3；(3)施工友好，能在自重作用下流动而无需振动，减少施工噪声污染，并能自动流动铺展开，有导流板存在时可自我找平，可以流动到达振动浇注料无法到达的各种异形部位，也可泵送施工，降低劳动强度，加快施工周期。
附图说明
图1为实施例1所使用的球形α-Al2O3微米粉SEM图；
图2为实施例1所使用的球形SiC纳米粉SEM图；
图3为实施例1所使用的球形SiO2微珠SEM图；
图4为实施例1所使用的β-Si3N4微米纤维SEM图；
图5为实施例1所制备的自流浇注料服役后SEM图。
具体实施方式
实施例1
一种水冷壁用高导热自流浇注料按照质量份数计，其原料配料为：
(1)SiC骨料，60份；
(2)球形刚玉粉，25份；
(3)球形SiC纳米粉，25份；
(4)β-Si3N4微米纤维，5份；
(5)球形SiO2微米粉，10份；
(6)水泥，2份；
(7)皂角粉，0.10份；
(8)聚羧酸1.0份；
(9)水8份。
进一步，所述的碳化硅骨料的粒度为3～0.3mm；所述的球形刚玉粉为市售球形α-Al2O3微米粉，Al2O3含量＞98％，球形率＞95％，粒度30～100μm＞95％；所述的球形SiC纳米粉SiC含量＞98wt％，球形和类球形率＞95％，粒度0.030～0.100μm的占比＞95％；所述的球形SiO2微珠的SiO2含量＞98wt％，微珠直径0.40～1.2μm；所述的β-Si3N4微米纤维的Si3N4含量＞98wt％，纤维直径0.50～2.0μm、长径比(5～15)：1。
制备方法：将以SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、水泥、皂角粉、聚羧酸混合，经强力混碾均匀20min，制备成自流浇注了，用塑料袋防潮包装。
施工和养护：施工时，加入上述制备得到的自流浇注，加入水，强力搅拌3min后，从模口灌入模具施工，依靠自重自动流动铺展；也可泵送施工。施工完毕湿养护72h，拆模，自然干燥72h，之后在120℃烘烤48h，然后以20℃/h缓慢升温至工作温度。
实施例1高导热自流浇注料热导率为20W·m-1·K-1(950℃)，耐磨性25℃×24h为2.0cm3。
实施例2
一种水冷壁用高导热自流浇注料按照质量份数计，其原料配料为：
(1)SiC骨料，45份；
(2)球形刚玉粉，15份；
(3)球形SiC纳米粉，10份；
(4)β-Si3N4微米纤维，25份；
(5)球形SiO2微米粉，5份；
(6)水泥，1份；
(7)皂角粉，0.05份；
(8)聚羧酸，0.5份；
(9)水，5份。
进一步，所述的碳化硅骨料的粒度为3～0.3mm；所述的球形刚玉粉为市售球形α-Al2O3微米粉，Al2O3含量＞98％，球形率＞95％，粒度30～100μm＞95％；所述的球形SiC纳米粉SiC含量＞98wt％，球形和类球形率＞95％，粒度0.030～0.100μm的占比＞95％；所述的球形SiO2微珠的SiO2含量＞98wt％，微珠直径0.40～1.2μm；所述的β-Si3N4微米纤维的Si3N4含量＞98wt％，纤维直径0.50～2.0μm、长径比(5～15)：1。
制备方法：将以SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、水泥、皂角粉、聚羧酸混合，经强力混碾均匀10min，制备成自流浇注了，用塑料袋防潮包装。
施工和养护：施工时，加入上述制备得到的自流浇注，加入水，强力搅拌5min后，从模口灌入模具施工，依靠自重自动流动铺展；也可泵送施工。施工完毕湿养护72h，拆模，自然干燥72h，之后在120℃烘烤48h，然后以20℃/h缓慢升温至工作温度。
实施例2高导热自流浇注料热导率为12.3W·m-1·K-1(950℃)，耐磨性25℃×24h为2.9cm3。
实施例3
一种水冷壁用高导热自流浇注料按照质量份数计，其原料配料为：
(1)SiC骨料，52份；
(2)球形刚玉粉，20份；
(3)球形SiC纳米粉，17份；
(4)β-Si3N4微米纤维，15份；
(5)球形SiO2微米粉，8份；
(6)水泥，1.5份；
(7)皂角粉，0.08份；
(8)聚羧酸，0.7份；
(9)水，7份。
进一步，所述的碳化硅骨料的粒度为3～0.3mm；所述的球形刚玉粉为市售球形α-Al2O3微米粉，Al2O3含量＞98％，球形率＞95％，粒度30～100μm＞95％；所述的球形SiC纳米粉SiC含量＞98wt％，球形和类球形率＞95％，粒度0.030～0.100μm的占比＞95％；所述的球形SiO2微珠的SiO2含量＞98wt％，微珠直径0.40～1.2μm；所述的β-Si3N4微米纤维的Si3N4含量＞98wt％，纤维直径0.50～2.0μm、长径比(5～15)：1。
制备方法：将以SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、水泥、皂角粉、聚羧酸混合，经强力混碾均匀15min，制备成自流浇注了，用塑料袋防潮包装。
施工和养护：施工时，加入上述制备得到的自流浇注，加入水，强力搅拌4min后，从模口灌入模具施工，依靠自重自动流动铺展；也可泵送施工。施工完毕湿养护72h，拆模，自然干燥72h，之后在120℃烘烤48h，然后以20℃/h缓慢升温至工作温度。
实施例3高导热自流浇注料热导率为17W·m-1·K-1(950℃)，耐磨性25℃×24h为2.4cm3。

Claims (3)

1.一种水冷壁用高导热自流浇注料，按照质量份数计，其原料组成为：(1)SiC骨料45～60份；(2)球形刚玉粉15～25份；(3)球形SiC纳米粉10～25份；
(4)β-Si3N4微米纤维5～25份；(5)球形SiO2微米粉5～10份；(6)水泥1～2份；(7)皂角粉0.05～0.10份；(8)聚羧酸0.5～1.0份；(9)水5～8份；
所述的SiC骨料的粒度为3～0.3mm；
所述的球形刚玉粉为市售球形α-Al2O3微米粉，Al2O3含量＞98％，球形率＞95％，粒度30～100μm＞95％；
所述的球形SiC纳米粉SiC含量＞98wt％，球形和类球形率＞95％，粒度0.030～0.100μm的占比＞95％；
所述的球形SiO2微米粉的SiO2含量＞98wt％，微米粉直径0.40～1.2μm；
所述的β-Si3N4微米纤维的Si3N4含量＞98wt％，纤维直径0.50～2.0μm、长径比(5～15)：1。
2.权利要求1所述的自流浇注料的制备方法，其特征在于，将以SiC骨料、球形刚玉粉、球形SiC纳米粉、β-Si3N4微米纤维、球形SiO2微米粉、水泥、皂角粉、聚羧酸混合，经强力混碾均匀10～20min，制备成自流浇注料，用塑料袋防潮包装。
3.权利要求1所述的自流浇注料的施工和养护方法，其特征在于，施工时，加入上述自流浇注料，加入水，强力搅拌3～5min后，从模口灌入模具施工，依靠自重自动流动铺展；也可泵送施工，施工完毕湿养护72h，拆模，自然干燥72h，之后在120℃烘烤48h，然后以20℃/h缓慢升温至工作温度。
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