專利名稱：一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域中的水泥窯用耐火材料，特別是涉及一種具有一定的耐高溫和優(yōu)異的抗結(jié)皮、抗熱震性能，可用作水泥干法回轉(zhuǎn)窯以及節(jié)能型水泥短流程預(yù)燒成窯爐的鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著水泥工藝的進(jìn)步，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。各水泥生產(chǎn)廠家按照環(huán)境保護(hù)法規(guī)和節(jié)能減排的國(guó)家政策，越來越多的使用建筑垃圾、生活垃圾、污水污泥、工業(yè)廢渣等固體廢棄物作為生產(chǎn)水泥熟料的原料和燃料。因而水泥回轉(zhuǎn)窯中各種雜質(zhì)，如重金屬離子、硫、氯、堿的含量大量增加，經(jīng)過在水泥回轉(zhuǎn)窯中預(yù)熱器、分解爐、燒成帶的循環(huán)富集，極易在窯尾系統(tǒng)形成結(jié)皮而發(fā)生堵塞，影響水泥回轉(zhuǎn)窯的正常運(yùn)行。為了提高水泥產(chǎn)量，降低燒成熱耗和粉磨電耗、提高熟料質(zhì)量的綜合效果，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院于2007年8月發(fā)明了一種水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)方法及其系統(tǒng)(公開號(hào)CN101139175)。解決結(jié)皮問題對(duì)推廣該工藝技術(shù)尤為重要，因?yàn)楫?dāng)窯尾系統(tǒng)溫度高達(dá) 900-1200°C時(shí)，水泥生料的結(jié)皮、堵塞問題變得更加嚴(yán)重。一種解決方法是通過空氣炮進(jìn)行吹掃，另外一種解決方法是使用抗結(jié)皮耐火材料，使之不與硫氯堿以及水泥生料組分發(fā)生反應(yīng)。因此，與該技術(shù)配套的新型復(fù)合耐火材料要具有一定的耐高溫性能和優(yōu)異的抗結(jié)皮、 抗熱震性能。目前，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾系統(tǒng)的溫度為800-1000°C，使用的抗結(jié)皮耐火材料有高鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)等耐火材料。由于回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中物料是堿性環(huán)境，要選擇堿性耐火材料或者中性偏堿性的耐火材料。碳化硅質(zhì)耐火材料屬中性耐火材料，抗熱震性能很好，但是水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝中，在當(dāng)窯尾溫度上升到1200°C時(shí)，其抗氧化能力大大下降，材料表面的SiA薄膜開始和CaO反應(yīng)出現(xiàn)液相并粘結(jié)物料，抗結(jié)皮性能失效。因此，隨窯尾溫度升高，高鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)耐火材料將被其它無鉻堿性耐火材料所替代。鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料具有優(yōu)異的抗結(jié)皮、耐高溫性能，并能夠很好地抵抗中低堿度窯料的侵蝕，其缺點(diǎn)是抗熱震性能較差。瑞泰科技股份有限公司和中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院于2008年10月發(fā)明了水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮澆注料(公開號(hào) CN101412630)，安徽瑞泰新材料科技有限公司于2010年10月發(fā)明了水泥窯用抗結(jié)皮澆注料(公開號(hào)CN 101987793A)，有力地支持了水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的發(fā)展。但是這兩種抗結(jié)皮澆注料的1200°C高溫抗結(jié)皮性能不好，原因在于這兩種抗結(jié)皮澆注料都需要使用硅灰和純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。水泥帶入的CaO、硅灰?guī)氲腟^2在1200°C以上和窯料中循環(huán)富集的堿發(fā)生反應(yīng)形成低共熔物而產(chǎn)生液相，粘結(jié)物料，嚴(yán)重影響了材料的抗結(jié)皮性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石74-88重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石9_17重量份，硅灰 1-2重量份，硅溶膠1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有機(jī)結(jié)合劑2-6重量份，高效減水劑 0. 05-0. 15 重量份。該水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石46_56份，0. 088-lmm 鎂鋁尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石6-15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉 9-12份；0. 088-3mm(指大于等于0. 088mm小于3mm)堇青石0_14份，小于0. 088mm堇青石0-9份；硅灰1-2份，硅溶膠1-2份，氮化硅粉0-6份，有機(jī)結(jié)合劑2-6份，高效減水劑 0. 05-0. 15 份。在上述配方中，所述鎂鋁尖晶石為市售鎂鋁尖晶石耐火原料；所述鎂鋁尖晶石超細(xì)粉為市售鎂鎂鋁尖晶石耐火原料經(jīng)過加工后得到的0. 02mm篩下95%的鎂鋁尖晶石超細(xì)粉。所述堇青石為市售堇青石耐火原料；所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品；所述硅溶膠為市售硅溶膠產(chǎn)品；所述氮化硅粉為市售氮化硅粉料；所述有機(jī)結(jié)合劑可選自市售聚乙烯醇溶液、 聚丙烯酸乳液產(chǎn)品的任意一種或兩種的組合；所述高效減水劑可選自市售縮合萘甲醛的磺酸鹽系混凝土高效減水劑、縮合三聚氰胺的磺酸鹽系混凝土高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑、三聚磷酸鈉高效減水劑、六偏磷酸鈉高效減水劑以及聚丙烯酸鈉高效減水劑中的任意一種或幾種的組合。本發(fā)明所提供的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的制備方法，可包括以下步驟1)按上述配方稱取原料；2)將原料混合，經(jīng)配料、混煉、困料、成形制得坯體，干燥后再經(jīng)500-1200°C熱處理后，得到水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于1)該耐火材料采用鎂鋁尖晶石作為主晶相、堇青石為次晶相，常溫下以硅溶膠作為結(jié)合劑，通過硅溶膠與耐火材料顆粒之間聚結(jié)而產(chǎn)生強(qiáng)度，強(qiáng)度不夠的情況下添加有機(jī)結(jié)合劑來粘結(jié)顆粒產(chǎn)生強(qiáng)度，避免使用純鋁酸鈣水泥而帶入低熔物質(zhì)CaO ；2)中溫(700-1000°C )下鎂鋁尖晶石超細(xì)粉(MgO · Al2O3)開始與硅灰、硅溶膠中的SiA反應(yīng)生成堇青石OMgo · 2A1203 · 5Si02)產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供中溫強(qiáng)度；3)高溫(1000-130(TC )下MgO · Al2O3與SW2的反應(yīng)速率加快，生成更多的堇青石QMgO · 2A1A · 5Si02)，形成以鎂鋁尖晶石為主晶相、堇青石為次晶相的復(fù)相組織。其中，鎂鋁尖晶石的化學(xué)穩(wěn)定性很好，與水泥窯料以及硫氯堿不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使所研制的材料具有優(yōu)異的抗結(jié)皮性；堇青石具有很低的熱膨脹系數(shù)，使所研制的材料具有優(yōu)異的抗熱震性；4)通過進(jìn)一步添加熱膨脹系數(shù)小的堇青石和導(dǎo)熱性良好的氮化硅，更好地減少熱應(yīng)力，提高材料的抗熱震性。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式為克服現(xiàn)有水泥窯用耐火材料的缺點(diǎn)，解決目前市場(chǎng)上水泥窯用耐火材料不耐高溫(1000-1300°C )、容易結(jié)皮、抗熱震性能較差的難題，本發(fā)明提供了一種具有一定的耐高溫性、優(yōu)異的抗結(jié)皮性、抗熱震性的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料。本發(fā)明所提供的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，用于水泥窯窯尾系統(tǒng)中的規(guī)則部位，由各原料經(jīng)配料、混煉、困料、成形、燒制后成為定形產(chǎn)品，產(chǎn)品規(guī)格依窯爐的尺寸設(shè)計(jì)。其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石74-88重量份，粒徑在3mm 以下兩級(jí)配合的堇青石9-17重量份，硅灰1-2重量份，硅溶膠1-2份，氮化硅粉0-6重量份， 有機(jī)結(jié)合劑2-6重量份，高效減水劑0. 05-0. 15重量份。具體的，其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm(指大于等于Imm小于5mm)鎂鋁尖晶石46-56份，0. 088_lmm(指大于等于 0. 088mm小于Imm)鎂鋁尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm(指大于等于0. Olmm小于0. 088mm) 鎂鋁尖晶石6-15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉9-12份；0. 088-3mm(指大于等于 0. 088mm小于3mm)堇青石0_14份，小于0. 088mm堇青石0_9份；硅灰1_2份，硅溶膠1_2 份，氮化硅粉0-6份，有機(jī)結(jié)合劑2-6份，高效減水劑0.05-0. 15份。其中，堇青石和氮化硅不同時(shí)為0。本發(fā)明粒度尺寸范圍的表述中，下限值含，上限值不含。文中其余部分類似表述含義相同?；蛘撸湓吓浞桨韵轮亓糠輸?shù)比的組分l-5mm 鎂鋁尖晶石 49-56 份，0. 088-lmm 鎂鋁尖晶石 12-14 份，0. 02-0. 088mm 鎂鋁尖晶石9-15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉9-12份，0. 088_3mm堇青石0-9份，小于 0. 088mm堇青石0_9份，硅灰1_2份，硅溶膠1_2份，有機(jī)結(jié)合劑4_6份，高效減水劑0. 15 份。其中，兩粒級(jí)的堇青石不同時(shí)為0。在本發(fā)明中，所述鎂鋁尖晶石為市售鎂鋁尖晶石耐火原料。采用不同粒徑的鎂鋁尖晶石配合使用，使材料顆粒之間作最緊密堆積，提高材料的抗堿侵蝕性。所述鎂鋁尖晶石超細(xì)粉為市售鎂鎂鋁尖晶石耐火原料經(jīng)過加工后得到的0. 02mm 篩下95%的鎂鋁尖晶石超細(xì)粉。采用鎂鋁尖晶石超細(xì)粉在中溫下與硅灰、硅溶膠中的SiO2 反應(yīng)生成堇青石(鎂鋁硅酸鹽2Mg0 ·2Α1203 *5Si02)，產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提高材料的中溫強(qiáng)度。所述堇青石為市售堇青石耐火原料(天然或人工)。采用不同粒徑的堇青石，采用不同粒徑的堇青石，更好的減少熱應(yīng)力，提高材料的抗熱震性。所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品。在高溫下與鎂鋁尖晶石反應(yīng)生成堇青石，產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供材料的高溫強(qiáng)度。所述硅溶膠為市售硅溶膠產(chǎn)品。硅溶膠是一種氣硬性結(jié)合劑，在常溫下與耐火材料顆粒之間聚結(jié)而產(chǎn)生強(qiáng)度，最終變成凝膠；在中溫下硅溶膠中的SiO2與鎂鋁尖晶石超細(xì)粉反應(yīng)生成堇青石，產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供材料的高溫強(qiáng)度。所述氮化硅粉為市售氮化硅粉料。由于氮化硅的導(dǎo)熱性良好，能提高材料的抗熱震性，另外在高溫下氧化為二氧化硅，與鎂鋁尖晶石反應(yīng)生成堇青石產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供材料的高溫強(qiáng)度。
所述有機(jī)結(jié)合劑可選自市售聚乙烯醇溶液、聚丙烯酸乳液產(chǎn)品的任意一種或兩種的組合。其作用是在硅溶膠結(jié)合顆粒的強(qiáng)度不夠的情況下添加，提高材料的常溫強(qiáng)度。所述高效減水劑可選自市售縮合萘甲醛的磺酸鹽系混凝土高效減水劑、縮合三聚氰胺的磺酸鹽系混凝土高效減水劑(WRA-I)、聚羧酸系高效減水劑(WRA-2)、三聚磷酸鈉高效減水劑、六偏磷酸鈉高效減水劑以及聚丙烯酸鈉高效減水劑(WRA-3)中的任意一種或幾種的組合。其作用是更好的分散超細(xì)粉、微粉，提高材料的常溫強(qiáng)度，降低材料的顯氣孔率。實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。實(shí)施例1-3、水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的制備及檢測(cè)一、水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的制備本發(fā)明實(shí)施例1-3水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的配方如表1所示表1實(shí)施例1-3水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的配方(單位千克)
權(quán)利要求
1.一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石74-88重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石9_17重量份，硅灰 1-2重量份，硅溶膠1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有機(jī)結(jié)合劑2-6重量份，高效減水劑 0. 05-0. 15 重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石46-56份，0. 088-lmm鎂鋁尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石6_15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉9_12份，0. 088-3mm 堇青石 0-14 份，小于0. 088mm堇青石0_9份，硅灰1-2份，硅溶膠1-2份，氮化硅粉0-6份，有機(jī)結(jié)合劑2-6份，高效減水劑0. 05-0. 15份；其中，堇青石和氮化硅不同時(shí)為0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石49-56份，0. 088-lmm鎂鋁尖晶石12-14份，0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石9_15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉9-12份，0. 088-3mm 堇青石 0-9 份，小于0. 088mm堇青石0_9份，硅灰1-2份，硅溶膠1-2份，有機(jī)結(jié)合劑4-6份，高效減水劑0. 15份；其中，兩粒級(jí)的堇青石不同時(shí)為0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石56份， 0. 088-lmm鎂鋁尖晶石14份， 0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石9份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉9份， 小于0. 088mm堇青石9份， 硅灰2份，硅溶膠1份， 有機(jī)結(jié)合劑6份， 高效減水劑0. 15份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石46份，0. 088-lmm鎂鋁尖晶石10份，0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石6份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉12份，0. 088-3mm堇青石14份，小于0. 088mm堇青石3份，硅灰1份，硅溶膠2份，氮化硅粉6份，有機(jī)結(jié)合劑2份，高效減水劑0. 05份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份數(shù)比的組分l-5mm鎂鋁尖晶石49份， 0. 088-lmm鎂鋁尖晶石12份， 0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石15份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石超細(xì)粉12份， 0. 088-3mm堇青石9份， 硅灰1份， 硅溶膠2份， 有機(jī)結(jié)合劑4份， 高效減水劑0. 15份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于所述鎂鋁尖晶石為市售鎂鋁尖晶石耐火原料；所述鎂鋁尖晶石超細(xì)粉為市售鎂鎂鋁尖晶石耐火原料經(jīng)過加工后得到的0. 02mm篩下 95%的鎂鋁尖晶石超細(xì)粉。所述堇青石為市售堇青石耐火原料； 所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品； 所述硅溶膠為市售硅溶膠產(chǎn)品； 所述氮化硅粉為市售氮化硅粉料；所述有機(jī)結(jié)合劑可選自市售聚乙烯醇溶液、聚丙烯酸乳液產(chǎn)品的任意一種或兩種的組合；所述高效減水劑可選自市售縮合萘甲醛的磺酸鹽系混凝土高效減水劑、縮合三聚氰胺的磺酸鹽系混凝土高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑、三聚磷酸鈉高效減水劑、六偏磷酸鈉高效減水劑以及聚丙烯酸鈉高效減水劑中的任意一種或幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料，其特征在于 所述水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料為定形產(chǎn)品，其規(guī)格按照水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝和水泥干法回轉(zhuǎn)窯中窯尾系統(tǒng)各部位的尺寸設(shè)計(jì)。
9.一種制備權(quán)利要求1至8任一所述水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料的方法，包括以下步驟1)按配方稱取原料；2)將原料配料、混煉、困料、成形制得坯體，干燥后再經(jīng)500-1200°C熱處理后，得到水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料。
10.權(quán)利要求1至8任一所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料可與鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料配套使用作為新型水泥干法回轉(zhuǎn)窯以及水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的抗結(jié)皮定形耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮定形耐火材料及其制備方法與應(yīng)用。該耐火材料的原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石74-88重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石9-17重量份，硅灰1-2重量份，硅溶膠1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有機(jī)結(jié)合劑2-6重量份，高效減水劑0.05-0.15重量份。該耐火材料是以鎂鋁尖晶石為主晶相、堇青石為次晶相的復(fù)相組織，從而使該種耐火材料具有一定的耐高溫和優(yōu)異的抗結(jié)皮、抗熱震性能，可與鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料配套使用作為新型水泥干法回轉(zhuǎn)窯以及水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的抗結(jié)皮定形耐火材料，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102391002SQ20111021280
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者于龍泉, 楊圣瑋, 汪瀾, 王俊濤, 王杰曾, 袁林, 陳雪峰 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院, 瑞泰科技股份有限公司