专利名称：一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑材料领域中的水泥窑用耐火材料，特别是涉及一种具有一定的耐高温和优异的抗结皮、抗热震性能，可用作水泥干法回转窑以及节能型水泥短流程预烧成窑炉的镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料及其制备方法与应用。
背景技术：
随着水泥工艺的进步，新型干法水泥回转窑在国内外得到广泛应用。各水泥生产厂家按照环境保护法规和节能减排的国家政策，越来越多的使用建筑垃圾、生活垃圾、污水污泥、工业废渣等固体废弃物作为生产水泥熟料的原料和燃料。因而水泥回转窑中各种杂质，如重金属离子、硫、氯、碱的含量大量增加，经过在水泥回转窑中预热器、分解炉、烧成带的循环富集，极易在窑尾系统形成结皮而发生堵塞，影响水泥回转窑的正常运行。为了提高水泥产量，降低烧成热耗和粉磨电耗、提高熟料质量的综合效果，中国建筑材料科学研究总院于2007年8月发明了一种水泥预烧结生产方法及其系统(公开号CN101139175)。解决结皮问题对推广该工艺技术尤为重要，因为当窑尾系统温度高达 900-1200°C时，水泥生料的结皮、堵塞问题变得更加严重。一种解决方法是通过空气炮进行吹扫，另外一种解决方法是使用抗结皮耐火材料，使之不与硫氯碱以及水泥生料组分发生反应。因此，与该技术配套的新型复合耐火材料要具有一定的耐高温性能和优异的抗结皮、 抗热震性能。目前，新型干法水泥回转窑窑尾系统的温度为800-1000°C，使用的抗结皮耐火材料有高铝质、碳化硅质等耐火材料。由于回转窑系统中物料是碱性环境，要选择碱性耐火材料或者中性偏碱性的耐火材料。碳化硅质耐火材料属中性耐火材料，抗热震性能很好，但是水泥预烧结生产工艺中，在当窑尾温度上升到1200°C时，其抗氧化能力大大下降，材料表面的SiA薄膜开始和CaO反应出现液相并粘结物料，抗结皮性能失效。因此，随窑尾温度升高，高铝质、碳化硅质耐火材料将被其它无铬碱性耐火材料所替代。镁铝尖晶石质耐火材料具有优异的抗结皮、耐高温性能，并能够很好地抵抗中低碱度窑料的侵蚀，其缺点是抗热震性能较差。瑞泰科技股份有限公司和中国建筑材料科学研究总院于2008年10月发明了水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮浇注料(公开号 CN101412630)，安徽瑞泰新材料科技有限公司于2010年10月发明了水泥窑用抗结皮浇注料(公开号CN 101987793A)，有力地支持了水泥预烧结生产工艺的发展。但是这两种抗结皮浇注料的1200°C高温抗结皮性能不好，原因在于这两种抗结皮浇注料都需要使用硅灰和纯铝酸钙水泥作为结合剂。水泥带入的CaO、硅灰带入的S^2在1200°C以上和窑料中循环富集的碱发生反应形成低共熔物而产生液相，粘结物料，严重影响了材料的抗结皮性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石74-88重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石9_17重量份，硅灰 1-2重量份，硅溶胶1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有机结合剂2-6重量份，高效减水剂 0. 05-0. 15 重量份。该水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其原料配方包含以下重量份数比的组分其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石46_56份，0. 088-lmm 镁铝尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石6-15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉 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，硅溶胶1-2份，氮化硅粉0-6份，有机结合剂2-6份，高效减水剂 0. 05-0. 15 份。在上述配方中，所述镁铝尖晶石为市售镁铝尖晶石耐火原料；所述镁铝尖晶石超细粉为市售镁镁铝尖晶石耐火原料经过加工后得到的0. 02mm筛下95%的镁铝尖晶石超细粉。所述堇青石为市售堇青石耐火原料；所述硅灰为市售硅灰产品；所述硅溶胶为市售硅溶胶产品；所述氮化硅粉为市售氮化硅粉料；所述有机结合剂可选自市售聚乙烯醇溶液、 聚丙烯酸乳液产品的任意一种或两种的组合；所述高效减水剂可选自市售缩合萘甲醛的磺酸盐系混凝土高效减水剂、缩合三聚氰胺的磺酸盐系混凝土高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚磷酸钠高效减水剂、六偏磷酸钠高效减水剂以及聚丙烯酸钠高效减水剂中的任意一种或几种的组合。本发明所提供的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的制备方法，可包括以下步骤1)按上述配方称取原料；2)将原料混合，经配料、混炼、困料、成形制得坯体，干燥后再经500-1200°C热处理后，得到水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料。本发明的创新点在于1)该耐火材料采用镁铝尖晶石作为主晶相、堇青石为次晶相，常温下以硅溶胶作为结合剂，通过硅溶胶与耐火材料颗粒之间聚结而产生强度，强度不够的情况下添加有机结合剂来粘结颗粒产生强度，避免使用纯铝酸钙水泥而带入低熔物质CaO ；2)中温(700-1000°C )下镁铝尖晶石超细粉(MgO · Al2O3)开始与硅灰、硅溶胶中的SiA反应生成堇青石OMgo · 2A1203 · 5Si02)产生陶瓷结合，提供中温强度；3)高温(1000-130(TC )下MgO · Al2O3与SW2的反应速率加快，生成更多的堇青石QMgO · 2A1A · 5Si02)，形成以镁铝尖晶石为主晶相、堇青石为次晶相的复相组织。其中，镁铝尖晶石的化学稳定性很好，与水泥窑料以及硫氯碱不发生化学反应，使所研制的材料具有优异的抗结皮性；堇青石具有很低的热膨胀系数，使所研制的材料具有优异的抗热震性；4)通过进一步添加热膨胀系数小的堇青石和导热性良好的氮化硅，更好地减少热应力，提高材料的抗热震性。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施例方式为克服现有水泥窑用耐火材料的缺点，解决目前市场上水泥窑用耐火材料不耐高温(1000-1300°C )、容易结皮、抗热震性能较差的难题，本发明提供了一种具有一定的耐高温性、优异的抗结皮性、抗热震性的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料。本发明所提供的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，用于水泥窑窑尾系统中的规则部位，由各原料经配料、混炼、困料、成形、烧制后成为定形产品，产品规格依窑炉的尺寸设计。其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石74-88重量份，粒径在3mm 以下两级配合的堇青石9-17重量份，硅灰1-2重量份，硅溶胶1-2份，氮化硅粉0-6重量份， 有机结合剂2-6重量份，高效减水剂0. 05-0. 15重量份。具体的，其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm(指大于等于Imm小于5mm)镁铝尖晶石46-56份，0. 088_lmm(指大于等于 0. 088mm小于Imm)镁铝尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm(指大于等于0. Olmm小于0. 088mm) 镁铝尖晶石6-15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉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，硅溶胶1_2 份，氮化硅粉0-6份，有机结合剂2-6份，高效减水剂0.05-0. 15份。其中，堇青石和氮化硅不同时为0。本发明粒度尺寸范围的表述中，下限值含，上限值不含。文中其余部分类似表述含义相同。或者，其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm 镁铝尖晶石 49-56 份，0. 088-lmm 镁铝尖晶石 12-14 份，0. 02-0. 088mm 镁铝尖晶石9-15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉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，硅溶胶1_2份，有机结合剂4_6份，高效减水剂0. 15 份。其中，两粒级的堇青石不同时为0。在本发明中，所述镁铝尖晶石为市售镁铝尖晶石耐火原料。采用不同粒径的镁铝尖晶石配合使用，使材料颗粒之间作最紧密堆积，提高材料的抗碱侵蚀性。所述镁铝尖晶石超细粉为市售镁镁铝尖晶石耐火原料经过加工后得到的0. 02mm 筛下95%的镁铝尖晶石超细粉。采用镁铝尖晶石超细粉在中温下与硅灰、硅溶胶中的SiO2 反应生成堇青石(镁铝硅酸盐2Mg0 ·2Α1203 *5Si02)，产生陶瓷结合，提高材料的中温强度。所述堇青石为市售堇青石耐火原料(天然或人工)。采用不同粒径的堇青石，采用不同粒径的堇青石，更好的减少热应力，提高材料的抗热震性。所述硅灰为市售硅灰产品。在高温下与镁铝尖晶石反应生成堇青石，产生陶瓷结合，提供材料的高温强度。所述硅溶胶为市售硅溶胶产品。硅溶胶是一种气硬性结合剂，在常温下与耐火材料颗粒之间聚结而产生强度，最终变成凝胶；在中温下硅溶胶中的SiO2与镁铝尖晶石超细粉反应生成堇青石，产生陶瓷结合，提供材料的高温强度。所述氮化硅粉为市售氮化硅粉料。由于氮化硅的导热性良好，能提高材料的抗热震性，另外在高温下氧化为二氧化硅，与镁铝尖晶石反应生成堇青石产生陶瓷结合，提供材料的高温强度。
所述有机结合剂可选自市售聚乙烯醇溶液、聚丙烯酸乳液产品的任意一种或两种的组合。其作用是在硅溶胶结合颗粒的强度不够的情况下添加，提高材料的常温强度。所述高效减水剂可选自市售缩合萘甲醛的磺酸盐系混凝土高效减水剂、缩合三聚氰胺的磺酸盐系混凝土高效减水剂(WRA-I)、聚羧酸系高效减水剂(WRA-2)、三聚磷酸钠高效减水剂、六偏磷酸钠高效减水剂以及聚丙烯酸钠高效减水剂(WRA-3)中的任意一种或几种的组合。其作用是更好的分散超细粉、微粉，提高材料的常温强度，降低材料的显气孔率。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例1-3、水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的制备及检测一、水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的制备本发明实施例1-3水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的配方如表1所示表1实施例1-3水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的配方(单位千克)
权利要求
1.一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石74-88重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石9_17重量份，硅灰 1-2重量份，硅溶胶1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有机结合剂2-6重量份，高效减水剂 0. 05-0. 15 重量份。
2.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石46-56份，0. 088-lmm镁铝尖晶石10-14份，0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石6_15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉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，硅溶胶1-2份，氮化硅粉0-6份，有机结合剂2-6份，高效减水剂0. 05-0. 15份；其中，堇青石和氮化硅不同时为0。
3.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石49-56份，0. 088-lmm镁铝尖晶石12-14份，0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石9_15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉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，硅溶胶1-2份，有机结合剂4-6份，高效减水剂0. 15份；其中，两粒级的堇青石不同时为0。
4.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石56份， 0. 088-lmm镁铝尖晶石14份， 0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石9份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉9份， 小于0. 088mm堇青石9份， 硅灰2份，硅溶胶1份， 有机结合剂6份， 高效减水剂0. 15份。
5.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石46份，0. 088-lmm镁铝尖晶石10份，0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石6份，小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉12份，0. 088-3mm堇青石14份，小于0. 088mm堇青石3份，硅灰1份，硅溶胶2份，氮化硅粉6份，有机结合剂2份，高效减水剂0. 05份。
6.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石49份， 0. 088-lmm镁铝尖晶石12份， 0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石15份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石超细粉12份， 0. 088-3mm堇青石9份， 硅灰1份， 硅溶胶2份， 有机结合剂4份， 高效减水剂0. 15份。
7.根据权利要求1至6任一所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于所述镁铝尖晶石为市售镁铝尖晶石耐火原料；所述镁铝尖晶石超细粉为市售镁镁铝尖晶石耐火原料经过加工后得到的0. 02mm筛下 95%的镁铝尖晶石超细粉。所述堇青石为市售堇青石耐火原料； 所述硅灰为市售硅灰产品； 所述硅溶胶为市售硅溶胶产品； 所述氮化硅粉为市售氮化硅粉料；所述有机结合剂可选自市售聚乙烯醇溶液、聚丙烯酸乳液产品的任意一种或两种的组合；所述高效减水剂可选自市售缩合萘甲醛的磺酸盐系混凝土高效减水剂、缩合三聚氰胺的磺酸盐系混凝土高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚磷酸钠高效减水剂、六偏磷酸钠高效减水剂以及聚丙烯酸钠高效减水剂中的任意一种或几种的组合。
8.根据权利要求1或2所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料，其特征在于 所述水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料为定形产品，其规格按照水泥预烧结生产工艺和水泥干法回转窑中窑尾系统各部位的尺寸设计。
9.一种制备权利要求1至8任一所述水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料的方法，包括以下步骤1)按配方称取原料；2)将原料配料、混炼、困料、成形制得坯体，干燥后再经500-1200°C热处理后，得到水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料。
10.权利要求1至8任一所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料可与镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料配套使用作为新型水泥干法回转窑以及水泥预烧结生产工艺的抗结皮定形耐火材料。
全文摘要
本发明公开了一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮定形耐火材料及其制备方法与应用。该耐火材料的原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石74-88重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石9-17重量份，硅灰1-2重量份，硅溶胶1-2重量份，氮化硅粉0-6重量份，有机结合剂2-6重量份，高效减水剂0.05-0.15重量份。该耐火材料是以镁铝尖晶石为主晶相、堇青石为次晶相的复相组织，从而使该种耐火材料具有一定的耐高温和优异的抗结皮、抗热震性能，可与镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料配套使用作为新型水泥干法回转窑以及水泥预烧结生产工艺的抗结皮定形耐火材料，应用前景广阔。
文档编号C04B35/66GK102391002SQ20111021280
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者于龙泉, 杨圣玮, 汪澜, 王俊涛, 王杰曾, 袁林, 陈雪峰 申请人:中国建筑材料科学研究总院, 瑞泰科技股份有限公司