本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料及制備方法。
背景技術(shù)：
高爐是長期處于連續(xù)高溫生產(chǎn)的冶煉設(shè)備，在長期運行中，高爐內(nèi)襯受到侵蝕、剝落出現(xiàn)局部或大面積損壞，影響高爐正常運行。為了使高爐達到長壽、高效的目的，延長高爐壽命一直是冶煉工程技術(shù)人員關(guān)心的課題，高爐長壽是煉鐵技術(shù)發(fā)展水平標(biāo)志之一。目前國內(nèi)已開始普遍采用濕法噴補造襯技術(shù)，技術(shù)特點是在不停爐的前提下利用高爐休風(fēng)對內(nèi)襯進行噴補。濕法噴補造襯與原來傳統(tǒng)的停爐維修相比，其具有施工方便、耗時少、投產(chǎn)快的特點。濕法噴注技術(shù)所用材料按照設(shè)計加水量預(yù)攪拌均勻形成砂漿狀澆注料，此澆注料在噴槍口處與霧化的速凝劑混合噴出，在待噴面上澆注料瞬時失去流動性而緊密貼附；濕法噴注技術(shù)不存在水與料在槍口瞬間混合的問題，完全避免了干法和半干法噴涂技術(shù)的弊端，具有以下幾個特點：
①事先攪拌，加水量可按設(shè)計計量添加，攪拌均勻的砂漿澆注料，無水料分離現(xiàn)象，噴涂層均一密實；
②足夠的攪拌時間使減水分散劑效果得以充分發(fā)揮，加水量可與同等澆注料相當(dāng)；
③噴注時無粉塵；回彈量極低(僅5％左右)，能很好的保證原顆粒級配設(shè)計；因此噴注的效果可接近或達到支模振動澆注水平；
④噴注料的臨界粒度達到常規(guī)澆注料臨界粒度5-8mm，因此材料具有與澆注料相近結(jié)構(gòu)性能。
目前濕法噴涂技術(shù)所采用的都是水泥結(jié)合的Al2O3-SiO2-SiC系統(tǒng)噴涂料，水泥含量在10％左右，由于水泥大量存在，材料在中高溫區(qū)域強度比較差，同時高溫使用時基質(zhì)中的液相比較多，導(dǎo)致材料的耐化學(xué)侵蝕、氣流或物料 沖刷性比較弱、鋼性結(jié)合材料的韌性比較差，使用壽命比較短。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料及制備方法，解決普通水泥結(jié)合噴涂料中高溫強度低、高溫耐用性差、材料抗沖擊性差、基質(zhì)高溫抗侵蝕性差等缺陷，提高材料使用過程中的強度，降低鐵渣熔體對材料的侵蝕，提高材料使用壽命。
本發(fā)明所述的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料，按質(zhì)量百分比計，其原料組成如下：
碳化硅：小于等于30重量份，
高鋁材料：小于等于80重量份，
莫來石：小于等于60重量份，
焦寶石：小于等于60重量份，
氧化鋁粉：3-20重量份，
硅灰：3-20重量份，
粘土：小于等于5重量份，
樹脂粉：0.5-5重量份，
有機纖維：0.02-1重量份，
界面劑：小于等于1重量份，
促凝劑：0.01-0.2重量份，
分散劑：0.02-0.2重量份，
溶膠：8-12重量份。
優(yōu)選地，所述原料還包括碳化硅，所述碳化硅的純度≥96.5％，粒度<200目，0-30重量份。
優(yōu)選地，所述莫來石為燒結(jié)莫來石，3Al2O3-2SiO2含量：60％-65％，粒度為顆?；?00目細粉。
優(yōu)選地，所述硅灰，SiO2純度≥94％。
優(yōu)選地，所述高鋁材料為燒結(jié)礬土或電熔剛玉中的一種或兩種復(fù)合。
優(yōu)選地，所述含碳樹脂粉為德國瑞嘉公司產(chǎn)Carbores P系列產(chǎn)品含碳樹脂粉、瀝青改性樹脂，其中碳含量大于80％。
優(yōu)選地，所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述促凝劑為氧化鎂、硫酸鋁、亞烷基二胺或三胺中的一種或多種復(fù)合。
優(yōu)選地，所述溶膠SiO2含量≥39.5％，pH值8.5-9.5。
本發(fā)明所述的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料的制備方法，包括以下步驟：
1)按質(zhì)量比和組分純度稱量好原材料；2)稱量好的固體原材料放入強力攪拌機中，干混至混合均勻；
3)混合后材料經(jīng)篩分和溶膠加量檢驗，合格后裝包形成產(chǎn)品；
4)在現(xiàn)場噴涂施工時，在強力攪拌機中按加入8-10％溶膠結(jié)合劑，攪拌至充分混合；
5)調(diào)整溶膠加入量，待檢測材料流動值合格后形成合格的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料，通過泵送至施工表面進行噴涂施工。
本發(fā)明技術(shù)效果如下：
1、本發(fā)明中采用溶膠結(jié)合代替普通的水劑結(jié)合，使材料基質(zhì)純化，減少高溫狀態(tài)下基質(zhì)中的液相，溶膠脫水的特殊性優(yōu)化了噴涂料的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅提高材料的抗渣鐵侵蝕性能，同時減少施工后的材料的烘烤時間，傳統(tǒng)濕法噴涂料烘烤時間大于48小時，而本發(fā)明的溶膠結(jié)合濕法噴涂料烘烤時間小于24小時，大大縮短施工周期，為高爐高效節(jié)能生產(chǎn)提供保證。
2、本發(fā)明添加含碳樹脂粉(德國瑞嘉公司產(chǎn)Carbores P或瀝青改性樹脂)形成有機-無機復(fù)合材料，增加材料韌性，提高材料使用過程中的抗氣流和物料的沖擊性能。同時含碳樹脂結(jié)焦后所形成的碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降低渣鐵對材料的潤濕性，材料的抗侵蝕、耐沖刷和致密性得到改善，添加含碳樹脂粉后材料的抗侵蝕性能提高5-10％。
3、本發(fā)明促凝劑為氧化鎂、硫酸鋁、亞烷基二胺或三胺中的一種或多種復(fù)合。通過改變體系的PH值，加快溶膠-凝膠-脫水的過程，有利于溶膠脫水后基質(zhì)中溶膠結(jié)構(gòu)的存在，優(yōu)化基質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，提高材料的耐火度，透氣率提高一倍，顯氣孔率達到25％以上，抗化學(xué)侵蝕物理損壞性能得到完善。
4、本發(fā)明分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉中的一種或幾種；溶膠結(jié)合噴涂料加入分散劑，減少材料團聚現(xiàn)象發(fā)生，溶膠結(jié)合劑加量 減少20％，材料的均勻度和強度得到增強，110℃烘干抗折強度由原來的1.5MPa提高到2.5MPa。
5、本發(fā)明界面劑的加入，改變材料傳統(tǒng)材料“以強克強”的技術(shù)思路，通過高爐渣皮物理化學(xué)行為研究，使在高爐生產(chǎn)過程中存在的渣皮是以動態(tài)二維動態(tài)“粘滯層”存在，界面劑的引入可以控制粘滯層的厚度、粘度、物理化學(xué)等性能，有效抑制固液元素之間的相互滲透和侵蝕，降低熔融渣鐵對固體材料化學(xué)侵蝕，提高耐火材料抗高溫熔體滲透性，熔體與耐火材料可形成高熔點的界面擋墻，阻止熔渣滲入，抗渣鐵侵蝕率有原來的大于4％降低到小于3％。
本發(fā)明溶膠結(jié)合的高爐內(nèi)襯噴涂料，采用溶膠做結(jié)合劑，材料不含水泥，施工過程不用水，由于溶膠的特殊結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能，克服水泥結(jié)合噴涂料使用過程中存在的問題，大大提高高爐內(nèi)襯濕法噴涂維修后的服役時間。溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料不僅具有普通濕法噴涂施工的便捷，而且避免了其缺陷，提高材料的各種性能。因此，本發(fā)明對高爐的順行、高效、長壽提供保證，為高爐內(nèi)襯再造修補技術(shù)提高奠定基礎(chǔ)。
具體實施方式
下面來描述本發(fā)明所述的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。
本發(fā)明的濕法噴涂料，按質(zhì)量百分比計，其原料組成如下：
碳化硅：小于等于30重量份，
高鋁材料：小于等于80重量份，
莫來石：小于等于60重量份，
焦寶石：小于等于60重量份，
氧化鋁粉：3-20重量份，
硅灰：3-20重量份，
粘土：小于等于5重量份，
樹脂粉：0.5-5重量份，
有機纖維：0.02-1重量份，
界面劑：小于等于1重量份，
促凝劑：0.01-0.2重量份，
分散劑：0.02-0.2重量份，
溶膠：8-12重量份。
所述含碳樹脂粉為德國產(chǎn)Carbores P，含碳樹脂粉、瀝青改性樹脂等，其中碳含量大于80％。
所述莫來石為燒結(jié)莫來石，其中莫來石相(3Al2O3-2SiO2)含量大于60％。
所述氧化鋁粉為安邁公司CL370或CTC20。
所述的高鋁材料為燒結(jié)礬土(Al2O3含量≥85％)或電熔棕剛玉(Al2O3含量≥95％)中任一種或兩種組合。
所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉中的一種或幾種。
所述促凝劑為氧化鎂、硫酸鋁、亞烷基二胺或三胺中的一種或多種復(fù)合。
所述溶膠SiO2含量≥39.5％，pH值8.5-9.5。
所述界面劑是TiO2和Si3N4的混合物，比例范圍為1:4-1:1。
所述焦寶石為一種優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)耐火粘土，標(biāo)準(zhǔn)的焦寶石原礦Al2O3含量38％，煅燒后Al2O3含量為44％左右，F(xiàn)e2O3<1.5％，成分穩(wěn)定，質(zhì)地均勻、結(jié)構(gòu)致密，斷面呈貝殼狀，白色，用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)粘土質(zhì)耐火材料。
本發(fā)明所述的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料的制備方法，包括以下步驟：
1)按質(zhì)量比和組分純度稱量好原材料；2)稱量好的固體原材料放入強力攪拌機中，干混3～5分鐘至混合均勻；
3)混合后材料經(jīng)篩分和溶膠加量檢驗，合格后裝包形成產(chǎn)品；
4)在現(xiàn)場噴涂施工時，在強力攪拌機中按加入8-10％溶膠結(jié)合劑，攪拌5-8分鐘至充分混合；
5)調(diào)整溶膠加入量，待檢測材料流動值合格(≥190mm)后形成合格的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料，通過泵送至施工表面進行噴涂施工。
以上步驟1)-3)形成的溶膠單獨放置，其他組分一起放置，然后進入4)和5)現(xiàn)場施工步驟。
本發(fā)明中采用溶膠結(jié)合代替普通的水劑結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料，純化材料基質(zhì)，減少高溫狀態(tài)下基質(zhì)中的液相，溶膠脫水的特殊性優(yōu)化了噴涂料的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅提高材料的抗渣鐵侵蝕性能，同時減少施工后的材料的烘 烤時間，大大縮短施工周期。同時添加含碳樹脂粉(德國產(chǎn)Carbores P或瀝青改性樹脂)形成有機-無機復(fù)合材料，增加材料韌性，提高材料使用過程中的抗氣流和物料的沖擊性能，含碳樹脂結(jié)焦后所形成的碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降低渣鐵對材料的潤濕性，材料的抗侵蝕、耐沖刷和致密性得到改善。改變材料傳統(tǒng)材料“以強克強”的技術(shù)思路，通過高爐渣皮物理化學(xué)行為研究，使在高爐生產(chǎn)過程中存在的渣皮是以動態(tài)二維動態(tài)“粘滯層”存在，通過調(diào)節(jié)界面劑，控制粘滯層的厚度、粘度、物理化學(xué)等性能，有效抑制固液元素之間的相互滲透和侵蝕，降低熔融渣鐵對固體材料化學(xué)侵蝕，提高耐火材料抗高溫熔體滲透性，熔體與耐火材料可形成高熔點的界面擋墻，阻止熔渣滲入。
表1為現(xiàn)有技術(shù)的水泥結(jié)合噴涂料與本發(fā)明噴涂料性能對比。在同樣的Al2O3和SiC含量情況下，本發(fā)明噴涂料與現(xiàn)有的水泥結(jié)合噴涂料相比，上部料和下部料的性能明顯提高，不同溫度性能、施工性能和使用性能都得到大幅改善，效果明顯，其對比結(jié)果如表1。
表1 水泥結(jié)合噴涂料與本發(fā)明噴涂料性能對比
濕法噴涂料使用部位不同，其材料損毀的機理不同：上部料主要中低溫耐磨性及熱震穩(wěn)定性，下部料的損毀主要是高溫下渣鐵化學(xué)侵蝕造成，需要耐高溫侵蝕性能及導(dǎo)熱性能。所以上部料Al2O3含量比下部料要求低，而且 由于SiC價格較高，上部料也可以不添加SiC。
本發(fā)明的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料各實施例的原料及其按重量份計量的含量如表2所列。
表2 各實施例
各實施例的制造方法相同，其制造其方法如下：
1)按質(zhì)量比和組分純度稱量好原材料；
2)稱量好的固體原材料放入強力攪拌機中，干混3～5分鐘至混合均勻；
3)混合后材料經(jīng)篩分和溶膠加量檢驗，合格后裝包形成產(chǎn)品。
4)在現(xiàn)場噴涂施工時，按加入溶膠結(jié)合劑，攪拌5-8分鐘至充分混合；
5)調(diào)整溶膠加入量，檢測材料流動值合格后形成可噴涂施工產(chǎn)品。
將實施例1-6制備的噴涂料，經(jīng)過在40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)模具成型，脫模后在電爐內(nèi)對試塊進行110℃的烘干處理及1450℃的熱處理后，按照國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定測定抗折、耐壓強度性能指標(biāo)，線變化率等性能指標(biāo)，結(jié)果示于下面表3中。
表3 專利產(chǎn)品性能指標(biāo)
綜上所述，本發(fā)明中采用溶膠結(jié)合代替普通的水劑結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料,添加含碳樹脂粉(德國產(chǎn)Carbores P或瀝青改性樹脂)形成有機-無機復(fù)合材料，改變材料傳統(tǒng)材料“以強克強”的技術(shù)思路，通過高爐渣皮物理化學(xué)行為研究，使在高爐生產(chǎn)過程中存在的渣皮是以動態(tài)二維動態(tài)“粘滯層”存在，通過調(diào)節(jié)界面劑，控制粘滯層的厚度、粘度、物理化學(xué)等性能，有效抑制固液元素之間的相互滲透和侵蝕，降低熔融渣鐵對固體材料化學(xué)侵蝕，提高耐火材料抗高溫熔體滲透性，熔體與耐火材料可形成高熔點的界面擋墻，阻止熔渣滲入。本發(fā)明的溶膠結(jié)合高爐內(nèi)襯濕法噴涂料常溫\高溫性能好、使用壽命長、施工方便快捷等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。