專利名稱：一種水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不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)皮不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)CN101987793A)，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)皮性能欠佳，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。鋼鐵行業(yè)普遍使用的鎂質(zhì)耐火澆注料中，氧化鎂-硅灰-水體系結(jié)合劑可以提供耐火材料的常溫強(qiáng)度。因?yàn)殒V鋁尖晶石質(zhì)耐火材料和鎂質(zhì)耐火澆注料的組分類似，故可以使用氧化鎂-硅灰-水體系替代純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑，避免引入低熔點(diǎn)的氧化鈣雜質(zhì)。而且少量氧化鎂、氧化鋁和氧化硅在高溫下可以反應(yīng)生成熱膨脹系數(shù)低的堇青石 (2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)，提高材料的抗熱震性。但是氧化鎂含量太少又影響到常溫強(qiáng)度，所以可以使用高活性的氧化鎂超細(xì)粉替代氧化鎂微粉來解決這一問題。

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)皮不定形耐火材料。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)皮不定形耐火材料，其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石69-82重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石0_20重量份，粒徑小于0. 02mm的鎂砂超細(xì)粉2_4重量份，粒徑小于0. 02mm的α氧化鋁微粉6_8重量份，硅灰1-2重量份，氮化硅粉0-5重量份，高效減水劑0. 05-0. 15重量份和水4_6重量份。該水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料，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10-15份，0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石9-15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1_2份，0. 088-3mm堇青石0_14份，小于0. 088mm 堇青石0-9份，小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2_4份，小于0. 02mm α氧化鋁微粉6_8份，硅灰1_2 份，氮化硅粉0-5份，高效減水劑0. 05-0. 15份，水4-6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；所述堇青石為市售堇青石耐火原料；所述鎂砂超細(xì)粉為市售鎂砂產(chǎn)品經(jīng)過加工后得到的0. 02mm篩下95%的氧化鎂超細(xì)粉；所述α氧化鋁微粉為市售α氧化鋁微粉材料；所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品； 所述氮化硅粉為市售氮化硅粉料；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。所述水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料，可以制備成澆注料、自流料、噴補(bǔ)料。本發(fā)明所提供的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不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，得到水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料。該耐火材料可以制成預(yù)制塊使用或者制成無接縫的整體構(gòu)筑物，用于水泥窯窯尾系統(tǒng)中無法使用定形耐火材料的不規(guī)則部位。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于1)該耐火材料在常溫下通過采用氧化鎂-硅灰-水體系替代純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑，產(chǎn)生水化結(jié)合，避免引入低熔點(diǎn)的氧化鈣雜質(zhì)；2)通過采用氧化鎂超細(xì)粉-硅灰-水體系替代普通氧化鎂細(xì)粉-硅灰-水體系作為結(jié)合劑，提高氧化鎂的水化能力，避免引入過多的氧化鎂，妨礙堇青石的形成；3)中溫(700-1000°C )下通過氧化鎂超細(xì)粉、氧化鋁微粉和硅灰反應(yīng)生成堇青石， 產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供中溫強(qiáng)度；4)高溫(1000-130(TC )下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；5)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。
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)皮不定形耐火材料。本發(fā)明所提供的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料，用于水泥窯中不規(guī)則部位，為散狀料。其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石69-82重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石0-20重量份，粒徑小于0. 02mm的鎂砂2_4重量份，粒徑小于 0. 02mm的α氧化鋁微粉6_8重量份，硅灰1_2重量份，氮化硅粉0_5重量份，高效減水劑 0. 05-0. 15重量份和水4-6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10-15份，0. 02-0. 088mm (指大于等于0. 02mm小于0. 088mm) 鎂鋁尖晶石9-15份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1_2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；小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2_4份，小于 0. 02mm α氧化鋁微粉6_8份，硅灰1_2份，氮化硅粉0_5份，高效減水劑0. 05-0. 15份，水 4-6 份。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。或者，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9-12份，小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1_2份，0. 088-3mm堇青石0_14份，小于0. 088mm 堇青石6-9份，小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2-4份，小于0. 02mm α氧化鋁微粉6份，硅灰1-2 份，高效減水劑0. 05-0. 15份，水4-5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。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，更好的減少熱應(yīng)力，提高材料的抗熱震性。所述鎂砂超細(xì)粉為市售鎂砂產(chǎn)品經(jīng)過加工后得到的0. 02mm篩下95%的氧化鎂超細(xì)粉。在常溫下與硅灰和水反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合，提供材料的常溫強(qiáng)度；中溫(700-1000°C )下通過氧化鎂超細(xì)粉、氧化鋁微粉和硅灰反應(yīng)生成堇青石(鎂鋁硅酸鹽2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)， 產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，提供中溫強(qiáng)度。所述α氧化鋁微粉為市售α氧化鋁微粉材料。在中高溫下與鎂砂原位生成鎂鋁尖晶石，吸收游離氧化鎂。
所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品。在常溫下與鎂砂超細(xì)粉和水反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合，提供材料的常溫強(qiáng)度，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。其作用是減少加水量，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)皮不定形耐火材料的制備及檢測一、水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不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)皮不定形耐火材料的配方如表1所示表1水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不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)皮不定形耐火材料，其原料包含粒徑在5mm以下四級(jí)配合的鎂鋁尖晶石69-82重量份，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石0_20重量份，粒徑小于0. 02mm的鎂砂超細(xì)粉2_4重量份，粒徑小于0. 02mm的α氧化鋁微粉6_8重量份，硅灰 1-2重量份，氮化硅粉0-5重量份，高效減水劑0. 05-0. 15重量份和水4_6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)皮不定形耐火材料，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10-15份， 0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石9_15份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1-2份， 0. 088-3mm 堇青石 0-14 份， 小于0. 088mm堇青石0_9份， 小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2_4份， 小于0. 02mm α氧化鋁微粉6_8份， 硅灰1-2份， 氮化硅粉0-5份， 高效減水劑0. 05-0. 15份， 水4-6份。
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)皮不定形耐火材料，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9_12份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1-2份， 0. 088-3mm 堇青石 0-14 份， 小于0. 088mm堇青石6_9份， 小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2_4份， 小于0. 02mm α氧化鋁微粉6份， 硅灰1-2份，高效減水劑0. 05-0. 15份， 水4-5份。
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)皮不定形耐火材料，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2份， 小于0. 088mm堇青石9份， 小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉2份，小于0. 02mm α氧化鋁微粉6份， 硅灰2份，高效減水劑0. 05份， 水5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)皮不定形耐火材料，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12份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石1份， 0. 088-3mm堇青石14份， 小于0. 088mm堇青石6份， 小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉4份， 小于0. 02mm α氧化鋁微粉6份， 硅灰1份，高效減水劑0. 15份， 水4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)皮不定形耐火材料，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50份， 0. 088-lmm鎂鋁尖晶石15份， 0. 02-0. 088mm鎂鋁尖晶石15份， 小于0. 02mm鎂鋁尖晶石2份， 小于0. 02mm鎂砂超細(xì)粉3份， 小于0. 02mm α氧化鋁微粉8份， 硅灰2份， 氮化硅粉5份， 高效減水劑0. 15份， 水6份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定形耐火材料，其特征在于 所述鎂鋁尖晶石為市售鎂鋁尖晶石耐火原料；所述堇青石為市售堇青石耐火原料；所述鎂砂超細(xì)粉為市售鎂砂產(chǎn)品經(jīng)過加工后得到的0. 02mm篩下95%的氧化鎂超細(xì)粉；所述α氧化鋁微粉為市售α氧化鋁微粉材料； 所述硅灰為市售硅灰產(chǎn)品； 所述氮化硅粉為市售氮化硅粉料；所述高效減水劑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)皮不定形耐火材料，其特征在于所述水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮耐火材料是不定形耐火材料，可以制備成澆注料、自流料、噴補(bǔ)料。
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)皮不定形耐火材料的方法，包括以下步驟1)按配方稱取原料；2)將原料混合，得到水泥窯用鎂鋁尖晶石抗結(jié)皮不定型耐火材料。
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)皮不定形耐火材料可以制成預(yù)制塊使用或者制成無接縫的整體構(gòu)筑物，用于水泥窯窯尾系統(tǒng)中無法使用定形耐火材料的不規(guī)則部位。
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)皮不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，粒徑在3mm以下兩級(jí)配合的堇青石，粒徑小于0.02mm的鎂砂超細(xì)粉，粒徑小于0.02mm的α氧化鋁微粉，硅灰，氮化硅粉，高效減水劑和水。該耐火材料是以鎂鋁尖晶石為主晶相、以氧化鎂超細(xì)粉-硅灰-水體系替代純鋁酸鈣水泥結(jié)合劑，高溫下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，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，可用作新型水泥干法回轉(zhuǎn)窯以及水泥預(yù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的抗結(jié)皮不定形耐火材料，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102329143SQ20111021285
公開日2012年1月25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:中國建筑材料科學(xué)研究總院, 瑞泰科技股份有限公司