一种高强度轻质防爆浇注料
文献发布时间：2024-04-18 19:52:40
技术领域
本发明属于耐火浇注料技术领域，尤其涉及一种高强度轻质防爆浇注料。
背景技术
目前，锂行业发展日新月异，尤其是随着新能源汽车替代传统燃油汽车的市场占有率越来越大，锂行业的发展更加走上了快车道。矿石提锂的首要条件就是通过高温煅烧使得锂辉石转相或者锂云母脱氟。目前很多厂家改变了传统的隧道窑煅烧方式，采用更加稳定、量产更大的回转窑煅烧。而回转窑内置耐火材料目前比较流行的就是轻质复合浇注料。而其工作条件是：冲刷严重，化学侵蚀作用强，温度相对较高，大约1200℃左右，所以就要求回转窑专用的浇注料不仅要耐磨、高强度，还要具有足够的防爆性能，保证充分的抗热震性。
此外，轻质的浇注料也可以大大降低挂接浇注砖的重量，使得回转窑内衬浇注砖可以长期稳定使用、不易掉落。
专利公开号为CN101492303A，公开日为2009.07.29的中国发明专利，公开了一种三次风管闸板专用耐火浇注料，由下列组分组成，以重量百分比计，莫来石M70：70-75％，氧氮化铝：5-10％，纯铝酸钙水泥：６-７％，a-Al
该发明专利中的耐火浇注料，选择莫来石作为主要成分，利用莫来石的优良原理，增加产品的抗化学腐蚀能力，并选择Al
但是，该耐火浇注料在实际使用过程中，则至少还存在以下2个不足之处，换言之，即为本发明所要解决的技术问题。
1、热震稳定性指的是1100-1400℃高温与水冷交替测试下的结构稳定性，而热稳定性指的是长期使用过程中温度变化时，浇注砖的内部结构稳定性。该耐火浇注料的热震稳定性好，但是热稳定性不够，原因是各骨料、粉料之间的热膨胀性能不一致，进而导致使用过程中浇注砖内部不断积累缝隙，最终在相对较短时间内就会爆裂粉碎。
2、其结合剂仅有纯铝酸钙水泥这一种，这是远远不够的，尤其是在高强度冲刷、高强度化学腐蚀的情况下，浇注砖的结合强度如果不够，就很容易导致浇注砖表层被快速侵蚀、剥落分解的有害现象，浇注砖的有效使用寿命就相对较短，三次风管需要相对频繁地更换内衬浇注砖。
所以综上所述，现在急需一种原料之间热膨胀性能相对的更加一致，且结合强度更大的新型浇注砖，只有上述2点同时具备，该浇注砖才能在强冲刷、高侵蚀的回转窑环境中长期稳定使用。
发明内容
本发明提供一种高强度轻质防爆浇注料，其原料组成包括防爆纤维，以及轻质铝粉，还包括碳化硅细骨料、碳化硅粉料、碳化硅微粉料，以及强化结合剂组，强化结合剂组为铝酸钙水泥、硅微粉凝胶，以及球状沥青，最终使得该浇注料固化后的浇注砖具有以下特点：1、实心区域致密、整体相对轻质，耐腐蚀和耐冲刷性能突出；2、主要材料全部为碳化硅，保证浇注砖具有热膨胀性能的整体均一性，使用过程中内部不易出现裂缝；3、强化结合剂组的三种不同结合剂，各自具有不同特点的结合效果，最终保证浇注砖具有结合强度大、不易磨损的特点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种高强度轻质防爆浇注料，原料组成包括防爆纤维，以及轻质铝粉，还包括碳化硅细骨料、碳化硅粉料、碳化硅微粉料，以及强化结合剂组，所述强化结合剂组为铝酸钙水泥、硅微粉凝胶，以及球状沥青。
在本发明中，该浇注料没有现有技术中常见的粗骨料，因此可以使得最终的浇注砖具有致密、耐磨的结构高强度优点。
其中，添加所述轻质铝粉之后，可以使得该浇注砖具有相对轻质的特点，而不是绝对轻质，换言之该浇注砖的密度可能还是大于现有常见的回转窑专用浇注砖。但是，所述轻质铝粉可以形成适当的孔隙，既可以起到排气防爆的效果，又可以适当降低该浇注砖的密度。
此外，所述细骨料、粉料，以及微粉料的材质全部为碳化硅，为的是让浇注砖内处处的热膨胀性能尽量均一，该方式的优点是浇注砖在长期使用过程中，内部不易因为膨胀程度不同而产生细微裂缝，可以适当延长其有效使用寿命。
最后，所述强化结合剂组中，所述铝酸钙水泥的优点是基础结合能力突出、结合强度大，而所述硅微粉凝胶的优点是高温条件下结合强度几乎不降低，而所述球状沥青的优点是结合速度快。因此三者相辅相成，最终使得浇注砖得以快速固化、稳定使用，这是十分高效的。
进一步优选的技术方案在于：所述碳化硅细骨料的粒径为15-40μm，所述碳化硅粉料的粒径为1-8μm，所述碳化硅微粉料的粒径为0.01-0.15μm。
进一步优选的技术方案在于所述强化结合剂组包括按重量计的以下各组分：
铝酸钙水泥40-48%、
硅微粉凝胶22-39%、
球状沥青15-34%。
在本发明中，所述强化结合剂组按照上述比例进行混合，才能实现更加高效、稳定的结合强度，该优点最终体现在浇注砖上，就是：1、耐化学腐蚀效果好；2、耐冲刷能力强；3、不易碎裂分解。
进一步优选的技术方案在于：所述硅微粉凝胶的粒径为0.2-0.4μm。
进一步优选的技术方案在于：所述球状沥青的粒径为150-260μm。
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：
防爆纤维1-3份、
轻质铝粉5-6份、
碳化硅细骨料15-18份、
碳化硅粉料25-32份、
碳化硅微粉料33-35份、
强化结合剂组5-8份。
进一步优选的技术方案在于：所述防爆纤维为有机防爆纤维，材质为尼龙、聚丙烯，或者是聚乙烯中的任意一种，所述防爆纤维的长度为1.5-2.5mm、线径为55-75μm。
进一步优选的技术方案在于：所述轻质铝粉的粒径为80-110μm。
进一步优选的技术方案在于：所述浇注料在搅拌使用时，添加占浇注料重量2-5%的水。
进一步优选的技术方案在于：所述浇注料在锂行业中以浇注砖的方式使用，所述浇注砖的脱模养护时间为15-18h，包括前中后三期养护，前期养护温度为350℃，中期养护温度为500℃，后期养护温度为650℃。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种高强度轻质防爆浇注料，原料组成包括按重量计的以下各组分：
防爆纤维2份、
轻质铝粉5份、
碳化硅细骨料15份、
碳化硅粉料26份、
碳化硅微粉料33份、
强化结合剂组6份。
其中，所述碳化硅细骨料的粒径为20-23μm，所述碳化硅粉料的粒径为2.5-3.2μm，所述碳化硅微粉料的粒径为0.03-0.12μm。
其中，所述强化结合剂组为铝酸钙水泥、硅微粉凝胶，以及球状沥青，而且具体的重量百分比如下：
铝酸钙水泥44%、
硅微粉凝胶37%、
球状沥青19%。
此外，硅微粉凝胶的粒径为0.2-0.3μm，所述球状沥青的粒径为162-188μm。所述防爆纤维为尼龙防爆纤维，长度为1.5-2.2mm、线径为62-68μm。所述轻质铝粉的粒径为84-103μm。
所述浇注料在搅拌使用时，添加占浇注料重量3.2%的水，并且所述浇注料在回转窑中以浇注砖的方式使用，所述浇注砖的脱模养护时间为16h，包括前中后三期养护，前期养护温度为350℃、时间为3h，中期养护温度为500℃、时间为3h，后期养护温度为650℃、时间为10h。
最后，取本实施例中的50个浇注砖，按照表1中的性能测试项目，对其进行逐个检测，并取平均值，结果如下表1所示。
实施例2
一种高强度轻质防爆浇注料，原料组成包括按重量计的以下各组分：
防爆纤维3份、
轻质铝粉5份、
碳化硅细骨料18份、
碳化硅粉料26份、
碳化硅微粉料35份、
强化结合剂组6份。
其中，所述碳化硅细骨料的粒径为17-26μm，所述碳化硅粉料的粒径为2.5-3.5μm，所述碳化硅微粉料的粒径为0.05-0.12μm。
其中，所述强化结合剂组为铝酸钙水泥、硅微粉凝胶，以及球状沥青，而且具体的重量百分比如下：
铝酸钙水泥42%、
硅微粉凝胶35%、
球状沥青23%。
此外，硅微粉凝胶的粒径为0.2-0.4μm，所述球状沥青的粒径为178-229μm。所述防爆纤维为聚丙烯防爆纤维，长度为1.6-2.4mm、线径为59-72μm。所述轻质铝粉的粒径为81-89μm。
所述浇注料在搅拌使用时，添加占浇注料重量2.7%的水，并且所述浇注料在回转窑中以浇注砖的方式使用，所述浇注砖的脱模养护时间为17h，包括前中后三期养护，前期养护温度为350℃、时间为3h，中期养护温度为500℃、时间为4h，后期养护温度为650℃、时间为10h。
最后，取本实施例中的50个浇注砖，按照表1中的性能测试项目，对其进行逐个检测，并取平均值，结果如下表1所示。
实施例3
一种高强度轻质防爆浇注料，原料组成包括按重量计的以下各组分：
防爆纤维3份、
轻质铝粉6份、
碳化硅细骨料17份、
碳化硅粉料29份、
碳化硅微粉料35份、
强化结合剂组8份。
其中，所述碳化硅细骨料的粒径为31-36μm，所述碳化硅粉料的粒径为3.1-3.9μm，所述碳化硅微粉料的粒径为0.05-0.11μm。
其中，所述强化结合剂组为铝酸钙水泥、硅微粉凝胶，以及球状沥青，而且具体的重量百分比如下：
铝酸钙水泥40%、
硅微粉凝胶29%、
球状沥青31%。
此外，硅微粉凝胶的粒径为0.3-0.4μm，所述球状沥青的粒径为201-223μm。所述防爆纤维为聚乙烯防爆纤维，长度为1.7-2.0mm、线径为66-74μm。所述轻质铝粉的粒径为92-103μm。
所述浇注料在搅拌使用时，添加占浇注料重量4.9%的水，并且所述浇注料在回转窑中以浇注砖的方式使用，所述浇注砖的脱模养护时间为17h，包括前中后三期养护，前期养护温度为350℃、时间为4h，中期养护温度为500℃、时间为3h，后期养护温度为650℃、时间为10h。
最后，取本实施例中的50个浇注砖，按照表1中的性能测试项目，对其进行逐个检测，并取平均值，结果如下表1所示。
对比例1
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用锆莫来石细骨料代替碳化硅细骨料。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例2
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用铬刚玉粉料代替碳化硅粉料。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例3
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用氧化铝微粉料代替碳化硅微粉料。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例4
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用单独的铝酸钙水泥代替强化结合剂组。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例5
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用单独的硅微粉凝胶代替强化结合剂组。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例6
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用单独的球状沥青代替强化结合剂组。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
对比例7
本对比例中的浇注砖，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，仅有如下1个不同之处：
用铝酸钙水泥和硅微粉凝胶代替强化结合剂组。
最后也是取50个浇注砖，进行同样的性能测试，结果如下表1所示。
表1
最后，根据表1，可以得出如下结论。
1、该浇注砖没有粗骨料，但是添加了轻质铝粉，因此使其具有致密耐磨的优点，同时密度适当的相对降低，最终还是高于行业标准。
2、在耐压强度和抗折强度这两个参数上，细骨料、粉料，以及微粉料的种类进行适当替换后影响不大，但是如果更换了强化结合剂组，则抗折强度下降明显、耐压强度下降不明显。
3、在热震稳定性、耐磨性能、稳定使用寿命（即更换周期），以及线变化率这4个参数上，细骨料、粉料，以及微粉料的种类，和强化结合剂组这两个限定条件都是必须的，两者其一发生改变，则上述4个参数性能会显著降低。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。