專利名稱：一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法
技術領域：
本發明屬于窯爐燒嘴用耐火材料技術領域，尤其涉及一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。
背景技術：
水泥窯噴煤嘴用耐火材料是保證水泥窯正常運轉的關鍵性因素之一，現階段服役時間一般為3 4個月，而且使用條件越來越苛刻。通常噴煤嘴澆注料的損毀方式主要包括使用過程中水泥窯的輻射熱及用于冷卻部件的冷空氣造成的熱沖擊導致材料產生裂紋和剝落；原料中堿、硫和氯等組分的揮發和凝聚，造成循環富集，加劇了對噴煤嘴用耐火材料的侵蝕；生產過程中熱蒸氣和水泥粉塵對噴煤嘴的磨損和沖刷導致壽命嚴重下降。目前，水泥窯噴煤嘴多采用高鋁質不定型耐火材料，高 鋁質澆注料熱膨脹系數高，熱震穩定性較差，在使用過程中噴煤嘴處于窯內高溫區，煤粉的快速沖刷造成噴煤嘴耐磨性能較差，導致材料使用壽命短，而且常規的施工及更換方式需要的時間長，成本高。因此，如何制備出抗熱震、抗侵蝕、耐磨損以及經濟效益高等綜合性能好的噴煤嘴用耐火材料顯得尤為重要。值得關注的是，目前大多數噴煤嘴用耐火材料采用澆注成型，無法預先熱處理，在回轉窯使用過程中迅速升溫，造成中低溫強度不穩定，而且容易受堿、硫和氯等氣氛的侵蝕。現有技術大多集中于如何解決噴煤嘴用耐火材料的熱震穩定性差、耐磨性不佳及抗侵蝕性能欠佳等問題，但均未達到理想的效果，即使性能較好，但生產工藝非常復雜，勞動成本相應增加，如“熟料窯耐磨噴煤嘴燃燒裝置”(ZL200820096358. 9)專利技術，采用內套管與外套管之間充填澆注料的方式來提高整體耐磨性，但外套管內部焊接抓鉤和采用兩層套管來實現澆注工藝顯得太復雜。
發明內容
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的在于提供一種生產工藝簡單、安裝更換方便、強度高、熱震穩定性好、抗侵蝕性能優異和耐磨性能好的水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。為實現上述目的，本發明的原料及其百分含量是55 70wt%的板狀剛玉顆粒，5 10wt%的碳化硅顆粒，5 8wt%的板狀剛玉細粉，5 10wt%的a -Al2O3微粉，8 15wt%的純鋁酸隹丐水泥，3、wt%的碳化娃細粉,2 4wt%的單質娃粉；外加所述原料l 2wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. Γ0. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本發明的制備方法是按所述原料及其百分含量，先將板狀剛玉細粉、a -Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥、碳化硅細粉、單質硅粉、不銹鋼纖維和聚羧酸鹽類減水劑混煉3飛分鐘，制成預混粉；再將板狀剛玉顆粒和碳化硅顆粒混合3飛分鐘，倒入所述預混粉中，共同混煉3飛分鐘；然后加入所述原料5飛wt%的水，混合51分鐘，澆注成型，養護2 4天，脫模、干燥；最后升溫至1200°C 1500°C，保溫2 4小時，即得水泥窯噴煤嘴用預制件。
在上述技術方案中所述板狀剛玉顆粒的級配是3飛mm為板狀剛玉顆粒40 50wt%，I 3mm為板狀剛玉顆粒25 40wt%，0. I Imm為板狀剛玉顆粒10 25wt% ;碳化硅顆粒的粒徑為I 2mm，碳化硅中的SiC含量彡97wt% ;板狀剛玉細粉的粒徑彡0. 088mm ；a -Al2O3微粉的粒徑彡5 u m ;純鋁酸鈣水泥中的Al2O3含量> 71wt% ;碳化硅細粉的粒徑^ 0. 045mm ;單質娃粉的粒徑< 0. 045mm。由于采用上述技術方案，本發明在預制件基質中選用SiC細粉，由于SiC的硬度介于剛玉和金剛石之間、熔點高(常壓下2973°C分解)、導熱系數高(83. 6ff/(m K))、熱膨脹系數小(2.98X10_6/° C ((TlOOOt))、化學性能穩定、耐磨性能好和抗酸堿侵蝕能力強。在使用過程中，Si及部分SiC會發生氧化生成SiO2，與基質中的剛玉相發生反應，提高了材料的強度。更重要的是，該預制件預先經1200°C 1500°C燒成然后安裝使用，燒成后預制件結構更致密，同時材料中有CA2相和CA6相生成，可以極大提高材料強度和熱震穩定性。一方面，CA2具有很低的熱膨脹系數(200°C，1.4X10_6/°C ;1400°C，4. 4X 10_6/°C )，在和其他高熔點、高熱膨脹系數材料(如MgO、Al2O3等)復合時可以很大程度降低復相材料的熱膨脹系數，提高材料熱震穩定性；另一方面，CA6具有六方片狀晶體結構，與剛玉化學相容性好，熱膨脹系數相近，且CA6在高溫還原氣氛下穩定，在堿性環境中也有足夠的抗侵蝕能力，能夠大幅提高強度。經過燒成的預制件強度高，常溫耐壓強度為12(Tl80MPa，常溫抗折強度為15 28MPa，抗侵蝕和耐磨性能進一步提高，而且安裝和更換方便，可減少停窯時間，節約成本。因此，本發明具有生產工藝簡單、安裝及更換方便、強度高、熱震穩定性好、抗侵蝕性能優異和耐磨性能好的特點，能滿足大型水泥窯生產的需要。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式
中原料的理化參數統一描述如下
板狀剛玉細粉的粒徑彡0. 088mm ; a -Al2O3微粉的粒徑彡5 y m ;純鋁酸鈣水泥中的Al2O3含量> 7lwt% ;碳化娃細粉的粒徑< 0. 045mm ;單質娃粉的粒徑< 0. 045mm ;碳化娃顆粒的粒徑為I 2mm，碳化硅中的SiC含量> 97wt% ;板狀剛玉顆粒的級配是3 5mm為板狀剛玉顆粒40 50wt%，I 3mm為板狀剛玉顆粒25 40wt%，0. I Imm為板狀剛玉顆粒10 25wt%。實施例I
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是55飛0wt%的板狀剛玉顆粒，8 10wt%的碳化硅顆粒，7 8wt%的板狀剛玉細粉，8 10wt%的a -Al2O3微粉,8 10wt%的純招酸I丐水泥,4 5wt%的碳化娃細粉,2 3wt%的單質娃粉；外加所述原料n. 5wt%的不銹鋼纖維和所述原料0. ro. 15wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是按所述原料及其百分含量，先將板狀剛玉細粉、a-Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥、碳化硅細粉、單質硅粉、不銹鋼纖維和聚羧酸鹽類減水劑混煉3飛分鐘，制成預混粉；再將板狀剛玉顆粒和碳化硅顆粒混合3飛分鐘，倒入所述預混粉中，共同混煉3飛分鐘；然后加入所述原料5飛wt%的水，混合51分鐘，澆注成型，養護2 4天，脫模、干燥；最后升溫至120(Tl30(rC，保溫2 4小時，即得水泥窯噴煤嘴用預制件。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為12(Tl42MPa，常溫抗折強度為15^20MPa,熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。實施例2
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是55飛0wt%的板狀剛玉顆粒，5 8wt%的碳化硅顆粒，7 8wt%的板狀剛玉細粉，8 10wt%的a -Al2O3微粉，l(Tl5wt%的純招酸I丐水泥,3 4wt%的碳化娃細粉,3 4wt%的單質娃粉；外加所述原料I. 5^2wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. 15^0. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是除最后升溫至130(Γ1400 外，其余同實施例I。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為125 146MPa，常溫抗折強度為17 23MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。實施例3
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是6(T65wt%的板狀剛玉顆粒，5 8wt%的碳化硅顆粒，6 8wt%的板狀剛玉細粉，5 9wt%的a -Al2O3微粉，8 10wt%的純招酸I丐水泥，3 4wt%的碳化娃細粉,2 3wt%的單質娃粉；外加所述原料I. 5^2wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. 15、. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是除最后升溫至140(Γ1500 外，其余同實施例I。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為138 149MPa，常溫抗折強度為2(T24MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。實施例4
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是6(T65wt%的板狀剛玉顆粒，7 9wt%的碳化硅顆粒，5 7wt%的板狀剛玉細粉，6 8wt%的a -Al2O3微粉，9 12wt%的純招酸I丐水泥，4、wt%的碳化娃細粉,3 4wt%的單質娃粉；外加所述原料1^1. 5wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. Γ0. 15wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是除最后升溫至130(Tl40(rC外，其余同實施例I。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為133 145MPa，常溫抗折強度為19^24MPa,熱震穩定性良好,抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。實施例5
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是65 70wt%的板狀剛玉顆粒，5 8wt%的碳化硅顆粒，5 6wt%的板狀剛玉細粉，5 7wt%的a -Al2O3微粉，8 10wt%的純招酸I丐水泥，3 4wt%的碳化娃細粉,3 4wt%的單質娃粉；外加所述原料I. 5^2wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. 15、. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是除最后升溫至140(Tl50(rC外，其余同實施例I。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為15(Tl80MPa，常溫抗折強度為23 28MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。實施例6
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。其原料及其百分含量是63飛8wt%的板狀剛玉顆粒，6 9wt%的 碳化娃顆粒,5 6wt%的板狀剛玉細粉,5 6wt%的a -Al2O3微粉，8 9wt%的純招酸I丐水泥，3 4wt%的碳化娃細粉,3 4wt%的單質娃粉；外加所述原料I. 5^2wt%的不銹鋼纖維和所述原料O. 15、. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑。本實施例的制備方法是除最后升溫至140(Tl50(rC外，其余同實施例I。
本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度為14f 175MPa，常溫抗折強度為 27MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
本具體實施方式
在預制件基質中選用SiC細粉，由于SiC的硬度介于剛玉和金剛石之間、熔點高(常壓下2973 °C分解)、導熱系數高(83. 6W/ (m K))、熱膨脹系數小(2. 98X 10-6/oC ((TlOOOt))、化學性能穩定、耐磨性能好和抗酸堿侵蝕能力強。在使用過程中，Si及部分SiC會發生氧化生成SiO2，與基質中的剛玉相發生反應，提高了材料的強度。更重要的是，該預制件預先經1200°C 1500°C燒成然后安裝使用，燒成后預制件結構更致密，同時材料中有CA2相和CA6相生成，可以極大提高材料強度和熱震穩定性。一方面，CA2具有很低的熱膨脹系數(200°C，1.4X10_6/°C ;1400°C，4.4X10_6/°C )，在和其他高熔點、高 熱膨脹系數材料(如Mg0、Al203等)復合時可以很大程度降低復相材料的熱膨脹系數，提高材料熱震穩定性；另一方面，CA6具有六方片狀晶體結構，與剛玉化學相容性好，熱膨脹系數相近，且CA6在高溫還原氣氛下穩定，在堿性環境中也有足夠的抗侵蝕能力，能夠大幅提高強度。經過燒成的預制件強度高，常溫耐壓強度為12(Tl80MPa，常溫抗折強度為15 28MPa，抗侵蝕和耐磨性能進一步提高，而且安裝和更換方便，可減少停窯時間，節約成本。因此，本具體實施方式
具有生產工藝簡單、安裝及更換方便、強度高、熱震穩定性好、抗侵蝕性能優異和耐磨性能好的特點，能滿足大型水泥窯生產的需要。
實施例I :
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為55飛0%的板狀剛玉顆粒、8 10%的碳化硅顆粒、7 8%的板狀剛玉細粉、8 10%的a -Al2O3微粉、8 10%的純鋁酸鈣水泥、4飛％的碳化硅微粉和3 4%的單質硅粉，外加上述原料的f I. 5%的不銹鋼纖維及
0.ro. 15%的減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度> lOOMPa，常溫抗折強度> 12MPa，1500°C *3h處理后耐壓強度彡120MPa、抗折強度彡17MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
實施例2
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為55飛0%的板狀剛玉顆粒及5 8%的碳化硅顆粒為骨料，以Tm的板狀剛玉細粉、8 10%的a -Al2O3微粉、10 15%的純鋁酸鈣水泥、3 4%的碳化硅微粉和3 4%的單質硅粉為基質，外加上述原料的f 2 %的不銹鋼纖維及0. ro. 2%的高效減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度> 105MPa，常溫抗折強度> 15MPa，1500°C *3h處理后耐壓強度> 126MPa、抗折強度> 20MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
實施例3
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為60飛5%的板狀剛玉顆粒及5 8%的碳化硅顆粒為骨料，以6 8%的板狀剛玉細粉、5 7%的a -Al2O3微粉、8 10%的純鋁酸鈣水泥、3 4%的碳化硅微粉和2 3%的單質硅粉為基質，外加上述原料的I. 5^2 %的不銹鋼纖維及O. 15^0. 2%的高效減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度彡I ISMPa,常溫抗折強度彡20MPa,1500°C *3h處理后耐壓強度彡139MPa、抗折強度彡24MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
實施例4
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為60飛5%的板狀剛玉顆粒及7 9%的碳化硅顆粒為骨料，以5 8%的板狀剛玉細粉、6 8%的a -Al2O3微粉、9 12%的純鋁酸鈣水泥、4飛％的碳化硅微粉和2 3%的單質硅粉為基質，外加上述原料的f I. 5 %的不銹鋼纖維及O. Γ0. 15%的高效減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度彡103MPa，常溫抗折強度彡14MPa，1500°C *3h處理后耐壓強度> 122MPa、抗折強度> 19MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
實施例5
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為65 70%的板狀剛玉顆粒及5 8%的碳化硅顆粒為骨料，以5飛％的板狀剛玉細粉、5 7%的a -Al2O3微粉、8 10%的純鋁酸鈣水泥、3 4%的碳化硅微粉和2 4%的單質硅粉為基質，外加上述原料的f 2%的不銹鋼纖維及O. 15^0. 2%的高效減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度彡128MPa，常溫抗折強度彡28MPa，1500°C *3h處理后耐壓強度彡150MPa、抗折強度彡33MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。
實施例6
一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法，預制件的原料組成為63飛8%的板狀剛玉顆粒及6 9%的碳化硅顆粒為骨料，以5 6%的板狀剛玉細粉、5 6%的a -Al2O3微粉、8 9%的純鋁酸鈣水泥、3 4%的碳化硅微粉和3 4%的單質硅粉為基質，外加上述原料的I. 5^2%的不銹鋼纖維及O. 15^0. 2%的高效減水劑。本實施例所制得的預制件常溫耐壓強度彡120MPa，常溫抗折強度彡24MPa，1500°C *3h處理后耐壓強度彡141MPa、抗折強度彡30MPa，熱震穩定性良好，抗堿、氯、硫氣氛侵蝕性能優良。所制得的預制件強度高且穩定、熱震穩定性好、抗侵蝕性能優異、耐磨性能好、安裝及更換方便，能很好滿足現代水泥窯噴煤嘴對耐火材料的要求。
權利要求
1.一種水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述水泥窯噴煤嘴用預制件的原料及其百分含量是55 70wt%的板狀剛玉顆粒，5 10wt%的碳化硅顆粒，5 8wt%的板狀剛玉細粉，5 10wt%的a -Al2O3微粉，8 15wt%的純鋁酸鈣水泥，3 5wt%的碳化硅細粉，2 4wt%的單質硅粉；外加所述原料f 2wt%的不銹鋼纖維和所述原料0. ro. 2wt%的聚羧酸鹽類減水劑； 所述水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法是按所述原料及其百分含量，先將板狀剛玉細粉、a -Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥、碳化硅細粉、單質硅粉、不銹鋼纖維和聚羧酸鹽類減水劑混煉3飛分鐘，制成預混粉；再將板狀剛玉顆粒和碳化硅顆粒混合3飛分鐘，倒入所述預混粉中，共同混煉3飛分鐘；然后加入所述原料5飛wt%的水，混合51分鐘，澆注成型，養護2^4天，脫模、干燥；最后升溫至1200°C 1500°C，保溫2 4小時，即得水泥窯噴煤嘴用預制件。
2.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述板狀剛玉顆粒的級配是3 5mm為板狀剛玉顆粒40 50wt%, I 3mm為板狀剛玉顆粒25 40wt%,0.rimm為板狀剛玉顆粒10 25wt%。
3.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述碳化硅顆粒的粒徑為I 2mm，碳化硅中的SiC含量彡97wt%。
4.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述板狀剛玉細粉的粒徑彡0. 088mm。
5.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述a -Al2O3微粉的粒徑彡5 Um0
6.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述純鋁酸鈣水泥中的Al2O3含量彡71wt%。
7.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述碳化硅細粉的粒徑彡0. 045mm。
8.根據權利要求I所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法，其特征在于所述單質硅粉的粒徑< 0. 045mm。
9.根據權利要求廣8中任一項所述的水泥窯噴煤嘴用預制件的制備方法所生產的水泥窯噴煤嘴用預制件。
全文摘要
本發明涉及一種水泥窯噴煤嘴用預制件及其制備方法。本發明的原料及其質量含量55~70%的板狀剛玉顆粒，5~10%的碳化硅顆粒，5~8%的板狀剛玉細粉，5~10%的α-Al2O3微粉，8~15%的純鋁酸鈣水泥，3~5%的碳化硅細粉，2~4%的單質硅粉；外加所述原料1~2%的不銹鋼纖維和0.1~0.2%的聚羧酸鹽類減水劑。其制備方法是先將板狀剛玉細粉、α-Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥、碳化硅細粉、單質硅粉、不銹鋼纖維和聚羧酸鹽類減水劑混煉，再將板狀剛玉顆粒和碳化硅顆粒混合，共同混煉；然后加入所述原料5~6wt%的水，混勻，成型，干燥；最后升溫至1200~1500℃，保溫2~4小時。本發明工藝簡單，制品強度高、熱震穩定性好、抗侵蝕性能優異和耐磨性能好。
文檔編號C04B35/66GK102617160SQ20121007611
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者常慶明, 廖寧, 李亞偉, 桑紹柏, 羅會信, 范泳 申請人:武漢科技大學