一种耐磨捣打料，及其制备工艺和使用方法与流程

本发明属于耐火材料，尤其涉及一种耐磨捣打料，及其制备工艺和使用方法。

背景技术：

1、捣打料，指的是一种相对特殊的不定型耐火材料，其使用方法中，在涂抹和固化之间，还需要充分地捣打，以保证捣打料内衬具有充分的固化效果、粘接效果。

2、其中，捣打料的原料组成，主要包括骨料、粉料，以及结合剂，其在使用时再添加适量的水，并充分搅拌，就可以在例如水泥窑等设备的内环面上进行使用了，以作为水泥窑的耐火内衬。

3、另一方面，水泥窑中的工况条件，特点是：粉尘浓度大、气流冲刷作用强、腐蚀强。因此，对于捣打料内衬而言，其不仅需要具备耐压强度大、抗折强度大、粘接强度大、线变化率低等基础优点，最关键的是其需要具有足够的耐磨性能。

4、一般的，水泥窑中的捣打料内衬，其较高耐磨性能指标就是：内衬的整体平均磨损消耗量≤200g/t水泥。

5、此外，捣打料内衬的耐磨性能，其本质是：

6、第一、各类骨料、粉料自身具有足够的耐磨性能，不易被冲击、磨损、掉落；

7、第二、各类骨料、粉料自身具有足够的耐化学腐蚀性能，保证其自身不易被腐蚀、剥落；

8、第三、骨料、粉料之间的结合强度较大，保证骨料、粉料颗粒不易整个掉落，甚至是一小片内衬一起掉落。

9、所以，耐磨捣打料在配料时，不仅要择优选择骨料和粉料，还要为其搭配合适的结合剂。

10、例如，专利公开号为cn111362674a、公开日为2020.07.03的中国发明专利，就公开了一种耐酸刚玉捣打料，按质量计量组成为：白刚玉5-3mm：12-16份；白刚玉3-1mm：23-27份；白刚玉1-0.1mm：20-23份；白刚玉180目：12-16份；白刚玉320目：8-10份；刚玉微粉：3-5份；氧化铝粉：8-10份；软质粘土：1-2份；同时外加塑性剂为0.1-0.15份；以及液体结合剂磷酸二氢铝为3-6份。

11、该发明专利中的耐酸刚玉捣打料，其原理及优点如下：通过添加塑性剂、粘土和刚玉微粉，不但捣打成型方便，且具有优异的耐酸性、耐压强度和化学稳定性，其荷重软化温度可达1600℃，可长期在高温下使用，耐火度高，有极强的热稳定性。

12、但是，该耐酸刚玉捣打料在耐磨性能方面是相对不足的，究其原因就是：

13、其仅仅通过白刚玉自身的耐磨性能，和软质粘土的陶瓷结合特点，来提供耐磨性能，这是远远不够的。

14、所以综上所述，现在急需一种各物料按照耐磨性能的高低进行择优选择，且物料结合强度更大的捣打料，以用在水泥窑、焚烧炉等各类高温设施中。

技术实现思路

1、本发明提供一种耐磨捣打料，其原料组成为：主料、纯铝酸钙水泥，以及钢纤维，主料的原料组成包括耐磨骨料、耐磨粉料、耐磨微粉，以及陶瓷结合料，陶瓷结合料的原料组成包括软质粘土、离子型液相补充剂，以及共价型液相补充剂。

2、其中，该耐磨捣打料实现突出的耐磨性能的原理如下：

3、第一、在现有的骨料加粉料的组合中，新添加了粒径更小的微粉，保证捣打料内衬具有较高的致密程度，这是耐磨性能的基础；

4、第二、上述骨料、粉料和微粉，全部择优选择抗冲刷，耐腐蚀，高强度的高级耐磨料；

5、第三、原本仅由软质粘土来提供液相，进而使得骨料、粉料和微粉之间发生陶瓷结合的现象得以升级，离子型液相补充剂和共价型液相补充剂同样可以在加热条件下形成液相，进而增加陶瓷结合的幅度，提高捣打料内衬中高强度的陶瓷相的占比；

6、第四、离子型液相补充剂和共价型液相补充剂自身，还可以提供大量的离子键和共价键，键能较大、结合强度也相对较大，使得骨料、粉料和微粉之间的连接强度增大，保证骨料、粉料和微粉不易整个掉落，更加不易整片掉落。

7、本发明还提供一种上述耐磨捣打料的制备方法，其实质就是充分混合主料。

8、本发明还提供一种上述耐磨捣打料的使用方法，其步骤依次包括：分料、第一次混料、第一次添加捣打、第二次混料、第二次添加捣打，以及整体烘烤，使得：相对少量的钢纤维全部均匀分散在捣打上层中

9、该方式的原理是：

10、第一、钢纤维自身的耐磨性能是不如上述耐磨骨料、耐磨粉料和耐磨微粉的，其添加目的是提高捣打料内衬的韧性，使得捣打料内衬更加不易成片剥落，因此，其添加量不宜过多；

11、第二、而上述提高韧性、减少剥落的需求，主要发生在捣打料内衬的相对靠上部分，因此将相对较少的钢纤维全部分散在捣打上层；

12、第三、如果整个捣打料内衬全部达到捣打上层中的上述钢纤维密度，则钢纤维添加量远远超标了，其自身耐磨程度较低的弊端，远大于其提供的韧性增加的收益；

13、第四、钢纤维如果位于捣打底层，则会少量贴近龟甲网，最终降低捣打料在龟甲网上的粘接强度，出于这一点的考量，同样也是需要将所有的钢纤维全部留在捣打上层中。

14、本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种耐磨捣打料，原料组成为主料、纯铝酸钙水泥，以及钢纤维，所述主料的原料组成包括耐磨骨料、耐磨粉料、耐磨微粉，以及陶瓷结合料，所述陶瓷结合料的原料组成包括软质粘土、离子型液相补充剂，以及共价型液相补充剂。

15、进一步优选的技术方案在于：所述离子型液相补充剂为硝酸钠和磷酸铵；所述共价型液相补充剂为环糊精和壳聚糖中的任意一种或两种的混合物。

16、进一步优选的技术方案在于：所述钢纤维的长度范围为8-11mm，直径范围为5.5-10.0μm。

17、在本发明中，所述钢纤维的长度明显大于现有常见的防爆纤维，两者的原理和作用是截然不同的。相对较长的所述钢纤维，可以在均匀分散的前提下，给捣打料内衬提供足够的韧性加强效果，从而有效地减轻水泥窑中物料冲击力造成的破损和剥落现象。

18、进一步优选的技术方案在于：所述耐磨骨料包括刚玉、碳化硅，以及蓝晶石；所述耐磨粉料包括氧化铝粉和莫来石粉；所述耐磨微粉包括硅微粉、氧化铝微粉，以及二氧化硅微粉。

19、进一步优选的技术方案在于：所述耐磨骨料的粒径范围为1.0-3.5mm，所述耐磨粉料的粒径范围为0.1-0.4mm，所述耐磨微粉的粒径范围为0.01-0.03mm。

20、在本发明中，上述粒径级配相对合适，保证最终的捣打料内衬在小幅增加重量的前提下，可以获得足够的致密程度，可有效抵御粉料的冲击力和剪切应力。

21、进一步优选的技术方案在于原料组成包括按重量计的以下各组分：

22、耐磨骨料20-25份、

23、耐磨粉料15-18份、

24、耐磨微粉5-7份、

25、陶瓷结合料11-13份、

26、纯铝酸钙水泥5-6份、

27、钢纤维3-4份。

28、进一步优选的技术方案在于：所述陶瓷结合料的原料组成中，所述离子型液相补充剂和共价型液相补充剂的添加重量之和，占陶瓷结合料总重量的60-65％。

29、在本发明中，所述离子型液相补充剂和共价型液相补充剂既可以强化陶瓷结合强度，又可以给捣打料内衬提供较大的结合键能，使其强度更大、耐磨性能更加突出。

30、一种耐磨捣打料的制备方法，所述主料的混合方法依次包括以下步骤：

31、s1、在搅拌釜中添加所有的所述耐磨骨料、耐磨粉料、耐磨微粉、软质粘土、离子型液相补充剂，以及共价型液相补充剂，得到待搅拌料；

32、s2、将所述待搅拌料的温度升高至45-65℃，得到加热料；

33、s3、保持所述加热料的温度不变，以50-120r/min的速度搅拌35-40min，得到混料；

34、s4、将所述混料降至室温，得到最终的所述主料。

35、在本发明中，上述加热升温搅拌方式，可以充分排出各原料中难以避免地混入的水分，使得搅拌中的物料难以成团，进而提高搅拌均匀程度、缩短充分混匀的所需时间。

36、一种耐磨捣打料的使用方法，依次包括以下步骤，

37、t1、分料：将75wt％的主料和80wt％的纯铝酸钙水泥分在一起，为第一次料，将剩余主料、剩余纯铝酸钙水泥和全部的钢纤维分在一起，为第二次料；

38、t2、第一次混料：在所述第一次料中添加4.5-5.0wt％的水，搅拌混合之后，制得底层料；

39、t3、第一次添加捣打：先在窑内面上安装龟甲网，再在龟甲网上添加所述底层料，并持续捣打，直至底层料的表面高度比龟甲网凸出高度至少大5.0mm，获得捣打底层；

40、t4、第二次混料：在所述第二次料中添加4.5-5.0wt％的水，搅拌混合之后，制得上层料；

41、t5、第二次添加捣打：在所述捣打底层上添加所述上层料，并持续捣打，直至上层料的厚度大于8mm，获得捣打上层；

42、t6、整体烘烤：对所述捣打上层进行烘烤操作，烘烤温度为800-1000℃，烘烤时间为40-70min，使得所述捣打底层和捣打上层一起固化成形，得到最终的捣打料内衬。

43、在本发明中，所述捣打底层的厚度大于捣打上层。

44、其中，所述底层料和上层料都是加水混匀之后随即马上使用，为的就是避免底层料和上层料在涂抹之间就发生较大的结合、固化，该结合、固化效果，不利于捣打料内衬的粘接效果。

45、进一步优选的技术方案在于：t3结束时刻和t5结束时刻之间的时间间隔为≤2.5h。

46、在本发明中，所述捣打底层需要在完全固化之前，就粘接所述捣打上层，避免两者之间过度独立，最终的捣打料内衬同样需要避免捣打上层和捣打底层之间发生分离。

47、因此，所述上层料需要尽快搅拌混匀，所述捣打上层需要尽快施工成型。