专利名称：一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不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不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CN101987793A)，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高温抗结皮性能欠佳，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。钢铁行业普遍使用的镁质耐火浇注料中，氧化镁-硅灰-水体系结合剂可以提供耐火材料的常温强度。因为镁铝尖晶石质耐火材料和镁质耐火浇注料的组分类似，故可以使用氧化镁-硅灰-水体系替代纯铝酸钙水泥作为结合剂，避免引入低熔点的氧化钙杂质。而且少量氧化镁、氧化铝和氧化硅在高温下可以反应生成热膨胀系数低的堇青石 (2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)，提高材料的抗热震性。但是氧化镁含量太少又影响到常温强度，所以可以使用高活性的氧化镁超细粉替代氧化镁微粉来解决这一问题。
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不定形耐火材料。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不定形耐火材料，其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石69-82重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石0_20重量份，粒径小于0. 02mm的镁砂超细粉2_4重量份，粒径小于0. 02mm的α氧化铝微粉6_8重量份，硅灰1-2重量份，氮化硅粉0-5重量份，高效减水剂0. 05-0. 15重量份和水4_6重量份。该水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，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10-15份，0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石9-15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石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镁砂超细粉2_4份，小于0. 02mm α氧化铝微粉6_8份，硅灰1_2 份，氮化硅粉0-5份，高效减水剂0. 05-0. 15份，水4-6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；所述堇青石为市售堇青石耐火原料；所述镁砂超细粉为市售镁砂产品经过加工后得到的0. 02mm筛下95%的氧化镁超细粉；所述α氧化铝微粉为市售α氧化铝微粉材料；所述硅灰为市售硅灰产品； 所述氮化硅粉为市售氮化硅粉料；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。所述水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，可以制备成浇注料、自流料、喷补料。本发明所提供的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不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，得到水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料。该耐火材料可以制成预制块使用或者制成无接缝的整体构筑物，用于水泥窑窑尾系统中无法使用定形耐火材料的不规则部位。本发明的创新点在于1)该耐火材料在常温下通过采用氧化镁-硅灰-水体系替代纯铝酸钙水泥作为结合剂，产生水化结合，避免引入低熔点的氧化钙杂质；2)通过采用氧化镁超细粉-硅灰-水体系替代普通氧化镁细粉-硅灰-水体系作为结合剂，提高氧化镁的水化能力，避免引入过多的氧化镁，妨碍堇青石的形成；3)中温(700-1000°C )下通过氧化镁超细粉、氧化铝微粉和硅灰反应生成堇青石， 产生陶瓷结合，提供中温强度；4)高温(1000-130(TC )下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；5)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。
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不定形耐火材料。本发明所提供的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，用于水泥窑中不规则部位，为散状料。其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石69-82重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石0-20重量份，粒径小于0. 02mm的镁砂2_4重量份，粒径小于 0. 02mm的α氧化铝微粉6_8重量份，硅灰1_2重量份，氮化硅粉0_5重量份，高效减水剂 0. 05-0. 15重量份和水4-6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10-15份，0. 02-0. 088mm (指大于等于0. 02mm小于0. 088mm) 镁铝尖晶石9-15份，小于0. 02mm镁铝尖晶石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镁砂超细粉2_4份，小于 0. 02mm α氧化铝微粉6_8份，硅灰1_2份，氮化硅粉0_5份，高效减水剂0. 05-0. 15份，水 4-6 份。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 46-56 份，0. 088-lmm 镁铝尖晶石 10-14 份，0. 02-0. 088mm 镁铝尖晶石9-12份，小于0. 02mm镁铝尖晶石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镁砂超细粉2-4份，小于0. 02mm α氧化铝微粉6份，硅灰1-2 份，高效减水剂0. 05-0. 15份，水4-5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。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，更好的减少热应力，提高材料的抗热震性。所述镁砂超细粉为市售镁砂产品经过加工后得到的0. 02mm筛下95%的氧化镁超细粉。在常温下与硅灰和水反应产生结合，提供材料的常温强度；中温(700-1000°C )下通过氧化镁超细粉、氧化铝微粉和硅灰反应生成堇青石(镁铝硅酸盐2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)， 产生陶瓷结合，提供中温强度。所述α氧化铝微粉为市售α氧化铝微粉材料。在中高温下与镁砂原位生成镁铝尖晶石，吸收游离氧化镁。
所述硅灰为市售硅灰产品。在常温下与镁砂超细粉和水反应产生结合，提供材料的常温强度，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。其作用是减少加水量，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不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不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不定形耐火材料的配方如表1所示表1水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不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不定形耐火材料，其原料包含粒径在5mm以下四级配合的镁铝尖晶石69-82重量份，粒径在3mm以下两级配合的堇青石0_20重量份，粒径小于0. 02mm的镁砂超细粉2_4重量份，粒径小于0. 02mm的α氧化铝微粉6_8重量份，硅灰 1-2重量份，氮化硅粉0-5重量份，高效减水剂0. 05-0. 15重量份和水4_6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不定形耐火材料，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10-15份， 0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石9_15份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石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镁砂超细粉2_4份， 小于0. 02mm α氧化铝微粉6_8份， 硅灰1-2份， 氮化硅粉0-5份， 高效减水剂0. 05-0. 15份， 水4-6份。
3.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，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9_12份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石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镁砂超细粉2_4份， 小于0. 02mm α氧化铝微粉6份， 硅灰1-2份，高效减水剂0. 05-0. 15份， 水4-5份。
4.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，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2份， 小于0. 088mm堇青石9份， 小于0. 02mm镁砂超细粉2份，小于0. 02mm α氧化铝微粉6份， 硅灰2份，高效减水剂0. 05份， 水5份。
5.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，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12份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石1份， 0. 088-3mm堇青石14份， 小于0. 088mm堇青石6份， 小于0. 02mm镁砂超细粉4份， 小于0. 02mm α氧化铝微粉6份， 硅灰1份，高效减水剂0. 15份， 水4份。
6.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，其特征在于 其原料配方包含以下重量份数比的组分l-5mm镁铝尖晶石50份， 0. 088-lmm镁铝尖晶石15份， 0. 02-0. 088mm镁铝尖晶石15份， 小于0. 02mm镁铝尖晶石2份， 小于0. 02mm镁砂超细粉3份， 小于0. 02mm α氧化铝微粉8份， 硅灰2份， 氮化硅粉5份， 高效减水剂0. 15份， 水6份。
7.根据权利要求1所述的水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定形耐火材料，其特征在于 所述镁铝尖晶石为市售镁铝尖晶石耐火原料；所述堇青石为市售堇青石耐火原料；所述镁砂超细粉为市售镁砂产品经过加工后得到的0. 02mm筛下95%的氧化镁超细粉；所述α氧化铝微粉为市售α氧化铝微粉材料； 所述硅灰为市售硅灰产品； 所述氮化硅粉为市售氮化硅粉料；所述高效减水剂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不定形耐火材料，其特征在于所述水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮耐火材料是不定形耐火材料，可以制备成浇注料、自流料、喷补料。
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不定形耐火材料的方法，包括以下步骤1)按配方称取原料；2)将原料混合，得到水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不定型耐火材料。
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不定形耐火材料可以制成预制块使用或者制成无接缝的整体构筑物，用于水泥窑窑尾系统中无法使用定形耐火材料的不规则部位。
全文摘要
本发明公开了一种水泥窑用镁铝尖晶石抗结皮不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，粒径在3mm以下两级配合的堇青石，粒径小于0.02mm的镁砂超细粉，粒径小于0.02mm的α氧化铝微粉，硅灰，氮化硅粉，高效减水剂和水。该耐火材料是以镁铝尖晶石为主晶相、以氧化镁超细粉-硅灰-水体系替代纯铝酸钙水泥结合剂，高温下形成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，可用作新型水泥干法回转窑以及水泥预烧结生产工艺的抗结皮不定形耐火材料，应用前景广阔。
文档编号C04B35/622GK102329143SQ20111021285
公开日2012年1月25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