本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料及制备方法。
背景技术：
高炉是长期处于连续高温生产的冶炼设备，在长期运行中，高炉内衬受到侵蚀、剥落出现局部或大面积损坏，影响高炉正常运行。为了使高炉达到长寿、高效的目的，延长高炉寿命一直是冶炼工程技术人员关心的课题，高炉长寿是炼铁技术发展水平标志之一。目前国内已开始普遍采用湿法喷补造衬技术，技术特点是在不停炉的前提下利用高炉休风对内衬进行喷补。湿法喷补造衬与原来传统的停炉维修相比，其具有施工方便、耗时少、投产快的特点。湿法喷注技术所用材料按照设计加水量预搅拌均匀形成砂浆状浇注料，此浇注料在喷枪口处与雾化的速凝剂混合喷出，在待喷面上浇注料瞬时失去流动性而紧密贴附；湿法喷注技术不存在水与料在枪口瞬间混合的问题，完全避免了干法和半干法喷涂技术的弊端，具有以下几个特点：
①事先搅拌，加水量可按设计计量添加，搅拌均匀的砂浆浇注料，无水料分离现象，喷涂层均一密实；
②足够的搅拌时间使减水分散剂效果得以充分发挥，加水量可与同等浇注料相当；
③喷注时无粉尘；回弹量极低(仅5％左右)，能很好的保证原颗粒级配设计；因此喷注的效果可接近或达到支模振动浇注水平；
④喷注料的临界粒度达到常规浇注料临界粒度5-8mm，因此材料具有与浇注料相近结构性能。
目前湿法喷涂技术所采用的都是水泥结合的Al2O3-SiO2-SiC系统喷涂料，水泥含量在10％左右，由于水泥大量存在，材料在中高温区域强度比较差，同时高温使用时基质中的液相比较多，导致材料的耐化学侵蚀、气流或物料 冲刷性比较弱、钢性结合材料的韧性比较差，使用寿命比较短。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料及制备方法，解决普通水泥结合喷涂料中高温强度低、高温耐用性差、材料抗冲击性差、基质高温抗侵蚀性差等缺陷，提高材料使用过程中的强度，降低铁渣熔体对材料的侵蚀，提高材料使用寿命。
本发明所述的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料，按质量百分比计，其原料组成如下：
碳化硅：小于等于30重量份，
高铝材料：小于等于80重量份，
莫来石：小于等于60重量份，
焦宝石：小于等于60重量份，
氧化铝粉：3-20重量份，
硅灰：3-20重量份，
粘土：小于等于5重量份，
树脂粉：0.5-5重量份，
有机纤维：0.02-1重量份，
界面剂：小于等于1重量份，
促凝剂：0.01-0.2重量份，
分散剂：0.02-0.2重量份，
溶胶：8-12重量份。
优选地，所述原料还包括碳化硅，所述碳化硅的纯度≥96.5％，粒度<200目，0-30重量份。
优选地，所述莫来石为烧结莫来石，3Al2O3-2SiO2含量：60％-65％，粒度为颗粒或200目细粉。
优选地，所述硅灰，SiO2纯度≥94％。
优选地，所述高铝材料为烧结矾土或电熔刚玉中的一种或两种复合。
优选地，所述含碳树脂粉为德国瑞嘉公司产Carbores P系列产品含碳树脂粉、沥青改性树脂，其中碳含量大于80％。
优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸钠中的一种或几种。
优选地，所述促凝剂为氧化镁、硫酸铝、亚烷基二胺或三胺中的一种或多种复合。
优选地，所述溶胶SiO2含量≥39.5％，pH值8.5-9.5。
本发明所述的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量比和组分纯度称量好原材料；2)称量好的固体原材料放入强力搅拌机中，干混至混合均匀；
3)混合后材料经筛分和溶胶加量检验，合格后装包形成产品；
4)在现场喷涂施工时，在强力搅拌机中按加入8-10％溶胶结合剂，搅拌至充分混合；
5)调整溶胶加入量，待检测材料流动值合格后形成合格的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料，通过泵送至施工表面进行喷涂施工。
本发明技术效果如下：
1、本发明中采用溶胶结合代替普通的水剂结合，使材料基质纯化，减少高温状态下基质中的液相，溶胶脱水的特殊性优化了喷涂料的基质结构，不仅提高材料的抗渣铁侵蚀性能，同时减少施工后的材料的烘烤时间，传统湿法喷涂料烘烤时间大于48小时，而本发明的溶胶结合湿法喷涂料烘烤时间小于24小时，大大缩短施工周期，为高炉高效节能生产提供保证。
2、本发明添加含碳树脂粉(德国瑞嘉公司产Carbores P或沥青改性树脂)形成有机-无机复合材料，增加材料韧性，提高材料使用过程中的抗气流和物料的冲击性能。同时含碳树脂结焦后所形成的碳网络结构降低渣铁对材料的润湿性，材料的抗侵蚀、耐冲刷和致密性得到改善，添加含碳树脂粉后材料的抗侵蚀性能提高5-10％。
3、本发明促凝剂为氧化镁、硫酸铝、亚烷基二胺或三胺中的一种或多种复合。通过改变体系的PH值，加快溶胶-凝胶-脱水的过程，有利于溶胶脱水后基质中溶胶结构的存在，优化基质的微观结构，提高材料的耐火度，透气率提高一倍，显气孔率达到25％以上，抗化学侵蚀物理损坏性能得到完善。
4、本发明分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸钠中的一种或几种；溶胶结合喷涂料加入分散剂，减少材料团聚现象发生，溶胶结合剂加量 减少20％，材料的均匀度和强度得到增强，110℃烘干抗折强度由原来的1.5MPa提高到2.5MPa。
5、本发明界面剂的加入，改变材料传统材料“以强克强”的技术思路，通过高炉渣皮物理化学行为研究，使在高炉生产过程中存在的渣皮是以动态二维动态“粘滞层”存在，界面剂的引入可以控制粘滞层的厚度、粘度、物理化学等性能，有效抑制固液元素之间的相互渗透和侵蚀，降低熔融渣铁对固体材料化学侵蚀，提高耐火材料抗高温熔体渗透性，熔体与耐火材料可形成高熔点的界面挡墙，阻止熔渣渗入，抗渣铁侵蚀率有原来的大于4％降低到小于3％。
本发明溶胶结合的高炉内衬喷涂料，采用溶胶做结合剂，材料不含水泥，施工过程不用水，由于溶胶的特殊结构及物理化学性能，克服水泥结合喷涂料使用过程中存在的问题，大大提高高炉内衬湿法喷涂维修后的服役时间。溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料不仅具有普通湿法喷涂施工的便捷，而且避免了其缺陷，提高材料的各种性能。因此，本发明对高炉的顺行、高效、长寿提供保证，为高炉内衬再造修补技术提高奠定基础。
具体实施方式
下面来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。
本发明的湿法喷涂料，按质量百分比计，其原料组成如下：
碳化硅：小于等于30重量份，
高铝材料：小于等于80重量份，
莫来石：小于等于60重量份，
焦宝石：小于等于60重量份，
氧化铝粉：3-20重量份，
硅灰：3-20重量份，
粘土：小于等于5重量份，
树脂粉：0.5-5重量份，
有机纤维：0.02-1重量份，
界面剂：小于等于1重量份，
促凝剂：0.01-0.2重量份，
分散剂：0.02-0.2重量份，
溶胶：8-12重量份。
所述含碳树脂粉为德国产Carbores P，含碳树脂粉、沥青改性树脂等，其中碳含量大于80％。
所述莫来石为烧结莫来石，其中莫来石相(3Al2O3-2SiO2)含量大于60％。
所述氧化铝粉为安迈公司CL370或CTC20。
所述的高铝材料为烧结矾土(Al2O3含量≥85％)或电熔棕刚玉(Al2O3含量≥95％)中任一种或两种组合。
所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸钠中的一种或几种。
所述促凝剂为氧化镁、硫酸铝、亚烷基二胺或三胺中的一种或多种复合。
所述溶胶SiO2含量≥39.5％，pH值8.5-9.5。
所述界面剂是TiO2和Si3N4的混合物，比例范围为1:4-1:1。
所述焦宝石为一种优质硬质耐火粘土，标准的焦宝石原矿Al2O3含量38％，煅烧后Al2O3含量为44％左右，Fe2O3<1.5％，成分稳定，质地均匀、结构致密，断面呈贝壳状，白色，用于生产优质粘土质耐火材料。
本发明所述的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量比和组分纯度称量好原材料；2)称量好的固体原材料放入强力搅拌机中，干混3～5分钟至混合均匀；
3)混合后材料经筛分和溶胶加量检验，合格后装包形成产品；
4)在现场喷涂施工时，在强力搅拌机中按加入8-10％溶胶结合剂，搅拌5-8分钟至充分混合；
5)调整溶胶加入量，待检测材料流动值合格(≥190mm)后形成合格的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料，通过泵送至施工表面进行喷涂施工。
以上步骤1)-3)形成的溶胶单独放置，其他组分一起放置，然后进入4)和5)现场施工步骤。
本发明中采用溶胶结合代替普通的水剂结合高炉内衬湿法喷涂料，纯化材料基质，减少高温状态下基质中的液相，溶胶脱水的特殊性优化了喷涂料的基质结构，不仅提高材料的抗渣铁侵蚀性能，同时减少施工后的材料的烘 烤时间，大大缩短施工周期。同时添加含碳树脂粉(德国产Carbores P或沥青改性树脂)形成有机-无机复合材料，增加材料韧性，提高材料使用过程中的抗气流和物料的冲击性能，含碳树脂结焦后所形成的碳网络结构降低渣铁对材料的润湿性，材料的抗侵蚀、耐冲刷和致密性得到改善。改变材料传统材料“以强克强”的技术思路，通过高炉渣皮物理化学行为研究，使在高炉生产过程中存在的渣皮是以动态二维动态“粘滞层”存在，通过调节界面剂，控制粘滞层的厚度、粘度、物理化学等性能，有效抑制固液元素之间的相互渗透和侵蚀，降低熔融渣铁对固体材料化学侵蚀，提高耐火材料抗高温熔体渗透性，熔体与耐火材料可形成高熔点的界面挡墙，阻止熔渣渗入。
表1为现有技术的水泥结合喷涂料与本发明喷涂料性能对比。在同样的Al2O3和SiC含量情况下，本发明喷涂料与现有的水泥结合喷涂料相比，上部料和下部料的性能明显提高，不同温度性能、施工性能和使用性能都得到大幅改善，效果明显，其对比结果如表1。
表1 水泥结合喷涂料与本发明喷涂料性能对比
湿法喷涂料使用部位不同，其材料损毁的机理不同：上部料主要中低温耐磨性及热震稳定性，下部料的损毁主要是高温下渣铁化学侵蚀造成，需要耐高温侵蚀性能及导热性能。所以上部料Al2O3含量比下部料要求低，而且 由于SiC价格较高，上部料也可以不添加SiC。
本发明的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料各实施例的原料及其按重量份计量的含量如表2所列。
表2 各实施例
各实施例的制造方法相同，其制造其方法如下：
1)按质量比和组分纯度称量好原材料；
2)称量好的固体原材料放入强力搅拌机中，干混3～5分钟至混合均匀；
3)混合后材料经筛分和溶胶加量检验，合格后装包形成产品。
4)在现场喷涂施工时，按加入溶胶结合剂，搅拌5-8分钟至充分混合；
5)调整溶胶加入量，检测材料流动值合格后形成可喷涂施工产品。
将实施例1-6制备的喷涂料，经过在40mm×40mm×160mm的标准模具成型，脱模后在电炉内对试块进行110℃的烘干处理及1450℃的热处理后，按照国家/行业标准中的规定测定抗折、耐压强度性能指标，线变化率等性能指标，结果示于下面表3中。
表3 专利产品性能指标
综上所述，本发明中采用溶胶结合代替普通的水剂结合高炉内衬湿法喷涂料,添加含碳树脂粉(德国产Carbores P或沥青改性树脂)形成有机-无机复合材料，改变材料传统材料“以强克强”的技术思路，通过高炉渣皮物理化学行为研究，使在高炉生产过程中存在的渣皮是以动态二维动态“粘滞层”存在，通过调节界面剂，控制粘滞层的厚度、粘度、物理化学等性能，有效抑制固液元素之间的相互渗透和侵蚀，降低熔融渣铁对固体材料化学侵蚀，提高耐火材料抗高温熔体渗透性，熔体与耐火材料可形成高熔点的界面挡墙，阻止熔渣渗入。本发明的溶胶结合高炉内衬湿法喷涂料常温\高温性能好、使用寿命长、施工方便快捷等优点，具有良好的经济效益和社会效益。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。