本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种高炉冷却壁高强复合材料。
背景技术：
炼铁高炉组成部件较多，其中，冷却壁作为众多组成部件之一，在炉型稳定、高炉使用时间延长方面起到了重要作用。冷却壁在高炉中起到的主要作用就是确保炉型的稳定和炉况完好，消除热应力并使炉衬远离炉内高温区，延长高炉寿命。冷却壁按本体结构形式分为光面冷却壁和镶砖冷却壁。其中，镶砖冷却壁主要用在风口带以上，使用工况复杂、设计结构复杂、对于材质要求较高，且铸造难度大。
现有技术中大多是利用冷却壁热面整体进行镶嵌或砌筑耐火镶嵌砖，镶砖的制作工艺比较复杂，多采用碳化硅砖和磷酸浸渍粘土砖，且耐火砖镶嵌砖主要由冷却壁镶嵌砖槽提供应力支撑，在冶炼中就容易造成热应力破坏，砌筑施工需要用耐火泥浆(碳化硅质和磷酸粘土质)，造成镶嵌砖之间不能形成一个有效整体，存在砌筑缝隙，无法避免侵蚀性破坏。
技术实现要素：
本发明针对的技术问题是：现有技术中冷却壁在冶炼中容易造成热应力破坏，镶嵌砖砌筑存在砌筑缝隙，无法避免对于冷却壁的侵蚀性破坏，挂渣皮性能不好，不能对冷却壁形成较好的保护。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高炉冷却壁高强复合材料。该冷却壁浇注料可以实现整体浇筑施工，与冷却壁形成紧密结合体，提高冷却壁的使用寿命，维护高炉操作炉型的稳定性。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份a与组份b制备而成，所述组份a的质量百分比为55～65％，所述组份b的质量百分比为35～45％；
所述的组份a为复合纤维材料；所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂＜5％和减水剂＜2.5％。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂3～5％和减水剂0.5～2.5％。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的复合纤维材料为碳复合纤维材料；所述碳复合纤维材料的抗拉强度为3200mpa，抗拉弹性模量为33000～40000mpa。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述氮化铝微粉的粒径为2um，比表面积为42m2/g，体积密度0.15g/cm3；氮化铝微粉中aln的质量百分含量＞99.9％。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的高纯碳化硅粒径为0～3mm；其中，sic含量≥98.5％，固定碳c含量≤0.02％，fe2o3的质量百分含量≤0.6％；
所述莫来石的粒径为0～10mm，体积密度为2.5～2.7g/cm3；莫来石中al2o3的质量百分含量为41～47％，sio2的质量百分含量为50～54％，fe2o3的质量百分含量≤0.7％，tio2的质量百分含量≤0.5％。耐火度要求≥1790℃。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的莫来石选自高岭石，经过以下方法制备得到：
将选取的高岭石生料采用球磨机进行粉碎；
将粉碎后放入回转窑或隧道窑中进行煅烧：窑温度由室温升温至600℃时的升温速率为5℃/min；然后以2℃/min的升温速率由600升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率由1000℃升温至1500℃，升温至1500℃后、在该温度下保温4小时，保温结束后随炉冷却至室温，得到莫来石。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述氧化铝粉的粒径为2um，体积密度为3.0g/cm3；氧化铝粉中，al2o3的含量≥95％，α-al2o3的含量≥90％，fe2o3的质量百分含量≤0.2％，na2o的含量≤0.4％；
所述硅微粉的粒径为180目，体积密度2.56g/cm3；硅微粉中sio2的含量≥95.5％，na2o的含量≤0.005％，k2o的含量≤0.01％，fe2o3的质量百分含量≤0.12％。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述蒙脱石粒度为2～4mm，密度2.1～2.5g/cm3；
所述绢云母粒度为1250目；绢云母中sio2的质量百分含量为45～66％，al2o3的含量14～17％，fe2o3的质量百分含量1～2％，k2o的质量百分含量3～5％，h2o的含量4～6％，s、p的质量百分含量＜0.025％。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述结合剂为硅凝胶颗粒或铝酸盐水泥；所述减水剂为萘磺酸盐减水剂或聚羧酸系减水剂；
优选的，所述铝酸盐水泥为ca-50，粒度为325目；其中sio2的质量百分含量为≤8％，al2o3的含量50～60％，fe2o3的质量百分含量≤2.5％，r2o的质量百分含量≤0.4％，抗压强度为82mpa；所述硅凝胶颗粒的粒径为5～10mm。
所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的高强复合材料按照要求的比例进行混合搅拌，即得到高炉冷却壁高强复合材料。
上述的高炉冷却壁高强复合材料在保护高炉冷却壁中的应用。
本发明所述高强复合材料是一种水泥基复合单组份干粉砂浆，其中氮化铝aln是一种具有纤锌矿型结构形态的难熔化合物，属于六方晶体，其特点是在强度高，且强度随高温升高下降极其缓慢，其较高的热导(25℃：0.0024cal/s·cm·℃)和低膨胀系数(20-500℃：4.8*10-6/℃；100-1000℃：5.7*10-6/℃)，具有良好的耐热冲击性能；
绢云母和蒙脱石起到关键的吸附润滑作用可以使材料之间的陶粒粒子能够充分结合发生作用，尤其在高温和极压的作用下陶粒子之间被可以被激活；
本发明制备莫来石所用的高岭石生料纯度高，杂质少，制备得到的莫来石具有良好的高温稳定性和抗化学侵蚀性强等优点，硅微粉和莫来石的加入有效提高了产品的抗冲刷和耐磨性能；
本发明采用的碳复合纤维材料，该材料的抗拉强度为3200mpa，抗拉弹性模量为33000～40000mpa，具有比重小，耐高温(可耐受2000℃以上的高温)、耐摩擦、抗热冲击性、导热及耐腐蚀、抗热辐射性能、低热膨胀系数(1.5-1.7)*10-6(1/k))，通过与b组分原料间的相互作用，进一步增加了该浇注料的韧性及强度(韧性与强度同时得到明显提高)，增加了产品的密实性，高效防止使用过程中出现断裂现象。
通过原料之间的相互协同作用，使得制取的产品其导热系数优良，可以有效传递热量至冷却壁，保护炉衬安全；强度高，耐热抗冲刷，可以让高炉投产后快速挂渣皮，实现高炉高效顺产；自流成型，结合体致密，使之施工工艺便捷，凝结速度快，缩短了工期。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
1、该高强复合材料能够实现冷却壁热面平衡，提高冷却壁工作效率，提高炉内喷注造衬附着力，充分发挥金属材料和非金属材料各自的优势，具有性能优异，易挂渣皮；
高炉炉衬表面渣皮存在和变化的影响因素是在冷却能力、上升煤气以及下降炉料共同作用下形成的热面温度，根据熔融渣铁的凝固温度(如1150℃)，如果热面温度低于“1150℃”,则有“能力”挂渣；如果热面温度高于“1150℃”，则没有“能力”挂渣。当冷却壁热面温度越低，则越有“能力”在自身热面形成渣皮。本发明所得产品良好的导热性能可以将热量及时传递给冷却壁，使热面温度降至“1150℃”以下，形成稳定的渣皮，且不易脱落。很好的对冷却壁进行保护。
2、该产品现场安装使用方便，对于冷却壁的热面能够很好地形成渣皮，可以防止渣皮脱落，实现永久稳定的渣皮，大幅提高冷却壁的使用寿命。因而该技术在新建、抢修高炉项目上实现高炉炉型操作稳定，延长高炉寿命。
3、该产品是一种水泥基复合单组分干粉砂浆，由高强水泥、矿物质掺合料、高强度骨料以及抗裂耐磨剂，经工业化生产而成。现场使用，施工和易性好，通过泵送自流成型，无需震动，即可在冷却壁镶嵌槽形成致密高强的整体。减水剂的加入可以减少拌合的单位用水量，增强材料的流动性，自然养护，无需烘烤，简化了施工工序，大大缩短了施工工期，同时不会因含水造成的内应力破坏发生裂缝现象，经过24h内的自然养护即可达到技术要求。
4、本发明所得产品具有耐磨性高，与冷却壁的粘接强度高，抗冲击性强，抗压强度高，耐久性好、使用期限长等特点。大大延长了高炉冷却壁的使用寿命，即延长了高炉的使用寿命。所得产品的检测结果如表1所示：
表1所得高炉冷却壁高强复合材料的性能检测结果
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份a与组份b制备而成，所述组分a的质量百分比为55％，所述组分b的质量百分比为45％；
所述的组份a为碳复合纤维材料；
所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％、高纯碳化硅8％、莫来石11％、氧化铝粉21％、硅微粉9％、蒙脱石10％、绢云母5％、铝酸盐水泥4％和萘磺酸盐减水剂2％。
对该产品进行性能检测，结果如表1所示。
其中，原料的具体性能如下：
所述碳复合纤维材料的抗拉强度为3200mpa，抗拉弹性模量为33000～40000mpa；具有比重小，耐高温(可耐受2000℃以上的高温)、耐摩擦、抗热冲击性、导热及耐腐蚀、抗热辐射性能、低热膨胀系数(1.5～1.7)*10-6(1/k))等优良性能；
所述氮化铝微粉的粒径为2um，比表面积为42m2/g；体积密度0.15g/cm3；氮化铝微粉中aln的质量百分含量＞99.9％；
所述的高纯碳化硅粒径为0～3mm；其中，sic含量≥98.5％，固定碳c含量≤0.02％，fe2o3的质量百分含量≤0.6％；
所述氧化铝粉的粒径为2um，体积密度为3.0g/cm3；氧化铝粉中，al2o3的含量≥95％，α-al2o3的含量≥90％，fe2o3的质量百分含量≤0.2％，na2o的含量≤0.4％；
所述硅微粉的粒径为180目，体积密度2.56g/cm3；硅微粉中sio2的含量≥95.5％，na2o的含量≤0.005％，k2o的含量≤0.01％，fe2o3的质量百分含量≤0.12％。
所述蒙脱石粒度为2～4mm，密度2.1～2.5g/cm3；
所述绢云母粒度为1250目；绢云母中sio2的质量百分含量为45～66％，al2o3的含量14～17％，fe2o3的质量百分含量1～2％，k2o的质量百分含量3～5％，h2o的含量4～6％，s、p的质量百分含量＜0.025％。
所述铝酸盐水泥为ca-50，粒度为325目；其中sio2的质量百分含量为≤8％，al2o3的含量50～60％，fe2o3的质量百分含量≤2.5％，r2o的质量百分含量≤0.4％，抗压强度为82mpa。
所述莫来石的粒径为0～10mm，体积密度为2.5～2.7g/cm3；莫来石中al2o3的质量百分含量为41～47％，sio2的质量百分含量为50～54％，fe2o3的质量百分含量≤0.7％，tio2的质量百分含量≤0.5％。耐火度要求≥1790℃。
所述的莫来石选自内蒙天然高岭石生料(特点为纯度高，杂质少属于单矿型沉积型硬质粘土)，经过以下方法制备得到：
(1)将选取的高岭石生料采用球磨机进行粉碎；
(2)将粉碎后放入回转窑或隧道窑中进行煅烧：窑温度由室温升温至600℃时的升温速率为5℃/min；然后以2℃/min的升温速率由600升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率由1000℃升温至1500℃，升温至1500℃后、在该温度下保温4小时，保温结束后随炉冷却至室温，得到莫来石。
实施例2
一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份a与组份b制备而成，所述组分a的质量百分比为65％，所述组分b的质量百分比为35％；
所述的组份a为碳复合纤维材料；
所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉40％、高纯碳化硅6％、莫来石9％、氧化铝粉20％、硅微粉9％、蒙脱石10％、绢云母2.5％、铝酸盐水泥3％和萘磺酸盐减水剂0.5％。
所述原料具体性能与实施例1相同。
对该产品进行性能检测，结果如表1所示。
实施例3
一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份a与组份b制备而成，所述组分a的质量百分比为60％，所述组分b的质量百分比为40％；
所述的组份a为碳复合纤维材料；
所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉35％、高纯碳化硅7％、莫来石10％、氧化铝粉23％、硅微粉9％、蒙脱石10.5％、绢云母2.5％、硅凝胶颗粒2％和萘磺酸盐减水剂1％。
所述原料具体性能与实施例1相同。所述硅凝胶颗粒的粒径为5～10mm。
对该产品进行性能检测，结果如表1所示。
实施例4
一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份a与组份b制备而成，所述组分a的质量百分比为60％，所述组分b的质量百分比为40％；
所述的组份a为碳复合纤维材料；
所述的组份b由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉31％、高纯碳化硅6.5％、莫来石9％、氧化铝粉26％、硅微粉9％、蒙脱石13％、绢云母3.5％、硅凝胶颗粒1％和聚羧酸系减水剂1％。
所述原料具体性能与实施例1相同。所述硅凝胶颗粒的粒径为5～10mm。
对该产品进行性能检测，结果如表1所示。