一种陶瓷耐磨热喷补料及制备方法
技术领域
本发明涉及不定形耐火材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷耐磨热喷补料及其制备方法。
背景技术
罐式炉是利用物料挥发分燃烧的自热式煅烧设备。其中，物料不直接与空气接触，碳质烧损较少，而且可能在焦粒上形成微量挥发分沉积热解炭，煅烧焦重量较高，因此罐式炉在炭素行业被广泛采用。
利用罐式煅烧炉生产的煅后石油焦是生产电解铝用阳极的主要原材料，罐式煅烧炉正常运行状态下，一般寿命为8-10年，但近年来，由于各种因素如石油焦中硫含量超标、工艺相对落后等，罐式煅烧炉的使用寿命在大幅度下降，如罐体硅砖重量问题、筑炉技术问题和温度控制问题、原料对硅砖墙的磨损问题等，使得罐式煅烧炉的运行时间不足1年就会出现不同程度的罐体硅砖墙内壁溶蚀脱层、麻面、凹陷等现象，局部甚至有串孔现象，深度达60mm(罐体壁厚度为80mm)，大部分凹陷出现在3、4层，甚至六到七层（煅烧炉共计为8层），出现这种情况后，会直接影响煅烧炉的使用寿命、产能，炉温也受到相当大的限制，同时会导致罐壁串孔并逐步扩大，从而使炉体丧失生产能力，严重时就会导致整个罐式煅烧炉报废。假如采用停炉大修的手段，一般大修一台罐式锻烧炉从停炉、拆炉、砌筑、烘炉到试生产需要一年左右的时间，而且费用相当高，因此产量受到影响，还需要负担高昂的维修费用。因此罐式煅烧炉在正常运行的温度下进行热态维修，对避免炉体过早的损坏、将高温事故的危害降到最低、延长炉体使用寿命等方面都有重大意义。煅烧炉的维护问题成为当前国内碳素行业共同面临的一项难题。
当煅烧炉损坏时，罐壁砖会出现腐蚀剥落现象，刚开始很难被发现，待80mm的罐壁砖腐蚀到一定程度，火道就会逐渐出现蹿火、漏火现象。常规的修补方法是：1.对较小空洞使用硅质泥浆或者粘土泥浆喷补维修，缺点是：泥浆的强度较低，需要频繁的喷补；2.对于损坏较大的空洞是停炉观察硅砖损坏情况，等炉内温度降至可施工温度，然后对硅砖进行挖补，缺点是：修补时间过长，耽误生产时间，减少产量。
整体来看，喷补料适用于多种炉型，喷补料的材质多为高铝碳质、铝镁质以及镁白云石质等。不同组成的喷补料对于不同的耐火砖的喷补效果不尽相同，例如高铝碳质喷补料多用于高炉喷补，铝镁质喷补料多用于加热炉喷补，镁白云石质喷补料多用于转炉。针对炭素行业的煅烧炉，以上材质的喷补料暴露出附着性能差、不够耐磨、使用寿命不够长等缺点。专利申请号为200810226952.X的发明专利公开了一种复合结合硅质热修补料及其制备方法，该方案组分的重量百分数为45-55%的硅质熟料骨料、8-12%的硅质熟料粉料、20-30%的天然硅石粉、8-12%的复合结合剂、3-5%的增塑剂、1-1.5%的分散剂，该技术方案加入了较多的不同种类的组分，成本较高，且组分的主要粒度分为2级，且粒度相对较大，导致混合不够充分，易烧结为粗大的块状硅晶体，造成尖端、棱角位置应力集中，降低喷补料的力学性能，且晶相组织间易产生较大空隙，在热震稳定性与高温力学性能方面表现较差。因此，如何得到一种组成简单、附着性能、耐磨性能以及热震稳定性较好的炭素煅烧炉用热态喷补料成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷耐磨热喷补料及其制备方法，使损坏严重、面临停产的窑炉，在不停产的情况下经热态喷补之后，可继续长期使用，使用户免遭停产所带来的巨大经济损失。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种陶瓷耐磨热喷补料，由耐火集料和结合剂配制而成，结合剂的加入量为耐火集料总重量的25-30%；
耐火集料由复合金属粉末、粒度3-1mm的硅石颗粒、粒度1-0.088mm的硅石颗粒，粒度0.088以下的硅石细粉组成；
耐火集料中原料的重量百分比为：复合金属粉末3-6%，粒度为3-1mm的硅石颗粒20-30%，粒度为1-0.088mm的硅石颗粒30-40%，粒度为0.088mm以下的硅石细粉34-37%。
其中，结合剂为纳米硅溶胶。
其中，复合金属粉末由粒度325目以下的金属硅粉末和粒度325目以下的金属铝粉末组成。
其中，复合金属粉末中的金属硅粉末和金属铝粉末的中重量百分比为：金属硅粉末80-90%，金属铝粉末10-20%。
本发明通过325目以下的金属硅粉与325目以下的金属铝粉的充分混合，制成复合金属细粉和超细粉，使金属硅粉和铝粉进一步分散在喷补料中，更重要的是在使用时，在炭素煅烧炉体的高温下并在氧化气氛下使其形成新的高温陶瓷结合物质：针状莫来石晶相3Al2O3·2SiO2和石英SiO2无定形晶相，形成的这些新的高温陶瓷结合物质使喷补料的耐磨性能与热震稳定性能得到很大提高,另外，在后续的工艺中部分没有反应的超细硅微粉和铝微粉交织在后续生成的针状莫来石晶相3Al2O3·2SiO2和石英SiO2无定形晶相的晶须周围，形成牢固的骨架作用，从而提高了最终的强度。
由于本发明原料为硅石，与炭素煅烧炉炉体常用硅砖的性能相似，因此，喷补料在不同温度下与硅砖的膨胀或收缩程度比较接近，从而减小了内应力，增强了喷补料的附着性能，使得喷补料非常牢固地粘附在炉体上，从而延长了喷补料的使用寿命。
本发明这种陶瓷耐磨热喷补料的制备方法为：
步骤一、复合金属粉末的制备：将粒度325目以下的金属硅粉末重量占比80-90%和325目以下的金属铝粉末重量占比10-20%充分混合；得到复合金属粉末；
步骤二、%20按照3mm-1mm的硅石颗粒20-30%、1mm-0.088mm的硅石颗粒30-40%、颗粒粒度≤0.088mm硅石细粉34-37%，复合金属粉末3-6%，将以上原料按重量百分比称量完毕后，加入立式强制搅拌机混合6-8min，用带内膜编织袋包装成单重为25Kg或50Kg，并和配置好的纳米硅溶胶放置好，即得到炭素煅烧炉用陶瓷耐磨热态喷补料。
本发明还提供了一种陶瓷耐磨热喷补料的施工方法，包括以下步骤：将耐火集料倒入搅拌机，加入溶胶结合剂，加入量为耐火集料总重量的25-30%，搅拌均匀，使纳米硅溶胶完全包裹在耐火集料表面上，无需困料，用喷补机对炭素煅烧炉炉壁损坏部位进行补喷。
其中溶胶结合剂使耐火集料表面包裹溶胶物质，纳米硅溶胶含有大量的水及羟基，在后续的使用时炭素煅烧炉体温度作用下与原始料反应形成SiO2陶瓷结合，使得喷补料的高温强度得到进一步的加强，耐磨性和热震稳定性也进一步得到加强。
和市场上的炭素煅烧炉用喷补料相比，市场上的炭素煅烧炉用喷补料使用的是酸性结合剂磷酸或磷酸二氢铝，易于和耐火原料内的在加工中带入的单质铁反应而发生鼓胀，因此必须进行困料后（和单质铁反应后）才能使用，我们使用的是中性溶胶结合剂，不会和耐火料内的单质铁反应，因此无需困料，操作简单。
目前市场上的炭素煅烧炉用喷补料：1.对较小空洞使用硅质泥浆或者粘土泥浆喷补维修，缺点是：泥浆的强度较低，需要频繁的喷补；2.对于损坏较大的空洞是停炉观察硅砖损坏情况，等炉内温度降至可施工温度，然后对硅砖进行挖补。
本发明采用的是3-1mm、1-0.088mm耐火骨料和-0.088mm粉料组成，即可对较小空洞进行喷涂修补，也可对较大的空洞修补，并且采用3-1mm、1-0.088mm耐火骨料和-0.088mm粉料多级颗粒级配，可以显著提高喷补料的体积密度、强度和耐磨性，可避免较小空洞使用细粉组成的硅质泥浆或者粘土泥浆频繁喷补，也可避免损坏较大空洞停炉使用硅砖修补，从而实现了不停炉修补较大空洞而导致影响生产问题。
由于炉内气流、物流对炉体的破坏，本发明利用煅烧炉定修或短期修风的机会或不停产的情况下进行热喷补，提高煅烧炉作业率，减少大修冷却的热量损失，增产降耗，将各种原料分为多级粒度，细粉和超微粉填充于颗粒堆积的孔隙处，使得混合更为充分，利于原料均匀分散，在使用时，可以保留较小的晶间间隙；采用的溶胶结合剂为纳米硅溶胶，溶胶结合剂使耐火集料表面包裹溶胶物质，纳米硅溶胶含有大量的水及羟基，在后续的使用时炭素煅烧炉体温度作用下与原始料反应形成SiO2陶瓷结合，使得喷补料的高温强度得到进一步的加强，耐磨性和热震稳定性也进一步得到加强。
本发明的陶瓷耐磨热态喷补料，提高砖与喷补料的结合强度和耐磨性，减少喷补次数，降低施工强度，减少人工和能源损耗。在炭素煅烧炉上应用，使损坏严重、面临停产的窑炉，在不停产的情况下经热喷补之后，可继续长期使用，使用户免遭停产所带来的巨大经济损失。还可用于窑炉冷修时不适宜砌筑部位的填塞，是加固砌体的理想材料，可延长窑炉的使用寿命。
本发明的陶瓷耐磨热态喷补料，具有耐高温、耐侵蚀、耐磨抗剥落、高温体积稳定、与残砖砌体相融性好、粘结能力强、施工方便等优良性能，是炭素煅烧炉罐壁、焦炉炭化室等砌体损坏时热修补用的理想耐火材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
本实施例中的组分重量分数如表1所示。
实施例2
本实施例中的组分重量分数如表2所示。
实施例3
本实施例中的组分重量分数如表3所示。
实施例4
本实施例中的组分重量分数如表4所示。
实施例1、2、3和4的一种陶瓷耐磨热态喷补料的制备方法为：
步骤一、复合金属粉末的制备：将粒度325目以下的金属硅粉末重量占比80-90%和325目以下的金属铝粉末重量占比10-20%充分混合；得到复合金属粉末；
步骤二、 按照3mm-1mm的硅石颗粒20-30%、1mm-0.088mm的硅石颗粒30-40%、颗粒粒度≤0.088mm硅石细粉34-37%，复合金属粉末3-6%，将以上原料按重量百分比称量完毕后，加入立式强制搅拌机混合6-8min，用带内膜编织袋包装成单重为25Kg或50Kg，并和配置好的纳米硅溶胶放置好，即得到炭素煅烧炉用陶瓷耐磨热态喷补料。
这种陶瓷耐磨热喷补料的施工方法，包括以下步骤：将耐火集料倒入搅拌机，加入溶胶结合剂，加入量为耐火集料总重量的25-30%，搅拌均匀，使纳米硅溶胶完全包裹在耐火集料表面上，无需困料，用喷补机对炭素煅烧炉炉壁损坏部位进行补喷。
