一种焦炉炉头灌浆料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种材料及其制造方法，尤其涉及一种灌浆料及其制造方法。
背景技术
炼焦过程中煤在炭化室内隔绝空气被加热，经历干燥脱水、热裂解、半焦化和焦化，整个干馏过程都伴有荒煤气的产生，尤其在干馏的前期和中期荒煤气的发生量较大。
炼焦干馏过程中，如果焦炉炉体炭化室区域不严密，将造成荒煤气溢散，即日常生产过程中所说的焦炉炉体冒烟，不仅造成化产品损失，还严重影响焦炉环境，造成污染。
焦炉由硅砖和粘土砖等耐火材料采用硅火泥砌筑而成，为保证焦炉炉体严密和完整性，采用钢柱、保护板、纵横拉条和大小弹簧等护炉铁件对炉体进行保护性加固。炉体外侧分别是保护板、钢柱和大弹簧。
焦炉炉门是指启闭焦炉炭化室两端炉口的焦炉附属设备，当炉门关闭时，炭化室与大气隔绝，便于炭化室内煤被干馏成焦炭；打开时，推焦杆得以推出焦炭。为了便于炉门能挂在炭化室炉口，炉口位置设有炉门框，采用勾脚螺栓固定在保护板上。
焦炉砌筑时，保护板与炉体之间的缝隙是在焦炉开工投产前烘炉温度达到600-700℃后完成灌浆作业，再进行小炉头砌筑和炉顶灌浆作业，所用的灌浆料主要由低温硅火泥和水玻璃调制而成。因焦炉炉体与保护板之间的部位温度可达800-1000℃，当焦炉运行15年以上时，长期的高温、较大的机械压力和振动等原因，使该部位填充的灌浆料严重损坏，具体表现为部分缺失或有裂纹，密封性能下降，起不到应有的密封作用，易造成荒煤气通过保护板与炉体之间的缝隙溢出，造成焦炉炉头冒烟。
焦炉目前使用的耐材浆料和密封料主要有硅火泥、粘土火泥以及陶瓷纤维粉、硅藻土粉等，基本都是通过抹补方式施工。粘土火泥为主的灌浆料，流动性差，只能用于新建焦炉在投产低温时使用，对投产后的焦炉难以通过灌浆方式使用，且高温烧结之后易板结开裂。虽然现有技术中上存在一些耐高温的密封材料，但不适合用于焦炉保护板与炉体之间缝隙灌浆使用。并且存在造价高昂、溶剂易在高温下挥发、炭化等缺陷。
基于此，期望获得一种焦炉炉头灌浆料，其可以用于填充焦炉保护板与炉体之间的缝隙，提高焦炉保护板与炉体之间的密封程度。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种焦炉炉头灌浆料，该焦炉炉头灌浆料用于焦炉保护板与炉体之间的缝隙，提高焦炉保护板与炉体之间的密封程度。此外，该焦炉炉头灌浆料具有良好的流动性和分散性好，自烧结成一体、自膨胀和耐高温的特点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种焦炉炉头灌浆料，其包括有效成分：
作为基体材料的液态酚醛树脂；
作为填料的二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥；
作为添加剂的硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷；
其中以质量份数计量，基体材料：填料：添加剂为(0.25-0.35):(0.64-0.74):(0.005-0.015)。
在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，本案发明人针对焦炉保护板与炉体之间的缝隙环境特征以及常用材质，设计了上述的成分配比。由于本案的密封焦炉炉头灌浆料应用于焦炉保护板缝隙中，所选用的基体材料应当具有较好的流动性和分散性，化学性质稳定，不轻易的反应，同时，连续相还应当耐高温和灼烧，基于上述考虑，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中采液态酚醛树脂作为基体材料。
此外，选择液态酚醛树脂作为基体材料还由于以下原因：液态酚醛树脂的固含量35-50％，150℃固化时间50-90s，水溶性比例为1：2。此外，液态酚醛树脂有绿色环保特征，且与水的混合溶解比例为200％以内。另外,其自身具备高温固化，形成三维块体材料的特点，同时是整个灌浆材料经高温自固化形成块体，多孔隙密封材料的关键。
此外，为了保证以液态酚醛树脂溶液作为基体材料的浆料在添加填料之后的流动性好，不易沉降，抗龟裂性、稳定性、分散性、与连续相两相融合性好，以及高温下固体残留量高，并且能形成均匀分布的多孔材料的特性，在本发明所述的技术方案中，选择二氧化硅、莫来粉和粘土耐火泥作为填料。
其中，选择莫来粉是因为莫来粉是Al2O3一SiO2系中唯一稳定的二元化合物。此外，莫来粉具有耐高温、强度高导热系数小、耐火度可达1800℃时保持稳定，因此，其可以作为填料主体能够保障密封作用，同时改善耐高温性。
选择粘土耐火泥是因为粘土耐火泥是以耐火熟料粉加适量可塑黏土作为结合剂和可塑剂而制成，因而，其拥有良好的可塑性，且粘结强度大，抗腐蚀性好，耐高温可达1600℃—1700℃的特点。作为填料的一部分，粘土耐火泥主要起到改善灌浆液的粘度和流动性，由此提高颗粒的分散稳定性。
选择二氧化硅粉，是因为其为天然石英砂超细粉碎产物，熔点为1750℃。其化学性质稳定，耐高温不易分解，内表面积大以及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，橡胶改良后强度提高数十倍。而作为填料的主体材料之一，因粒度小不仅能够改善灌浆料炭化后块体材料的填充性，而且因巨大的表面积和含氧官能团作用使得灌浆料具有很好的触变性。
另外，在本案中硅烷偶联剂作为分散剂，其促进浆料中硅溶胶和填料能均匀混合，不分层，不沉降，有较好的稳定性，所添加的分散剂在一些优选的实施方式中，可以磨碎成颗粒级的粉末状，从而具有更好的分散性，耐高温和阻燃性，且化学性质更稳定。此外，硅烷偶联剂可以改变SiO2和Al2O3表面的官能团界面特性，有利于填料在基体材料中的分散，且对所得浆料的流动性影响较小。
在浆料中添加消泡剂，主要是基于液体酚醛树脂在灌浆过程中因温度作用而断键，会挥发产生汽泡，从而阻碍后续浆体材料的顺利进行考虑，而选择聚二甲基硅氧烷的硅油类消泡剂通过降低浆体的表面张力而实现消泡作用。同时，考虑到炉顶的高温性，灌浆过程中温度作用，硅油类消泡剂还需要具有很好的耐高温分解性，因此，在本案中采用聚二甲基硅氧烷的硅油类消泡剂作为消泡剂。
综上所述，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，设计其包括有效成分：为基体材料的液态酚醛树脂；作为填料的二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥；作为添加剂的硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷；其中以质量份数计量，基体材料：填料：添加剂为(0.25-0.35):(0.64-0.74):(0.005-0.015)，从而使得本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔隙，多弹性的特性。此外，本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以通过注浆方式填充焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙，可以提高密封程度，降低炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：
二氧化硅粉：40-50％；
莫来粉：35-45％；
粘土耐火泥：10-20％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，在添加剂中，硅烷偶联剂占添加剂的质量百分配比为40-60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，液态酚醛树脂的固含量为35-50％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，二氧化硅粉的粒度为0.5～20微米，其中粒度≤5微米的二氧化硅粉颗粒占全部二氧化硅粉颗粒的重量占比≥60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料，莫来粉的粒度为10～80微米，其中粒度≤25微米的莫来粉颗粒占全部莫来粉颗粒的重量占比≥60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料，粘土耐火泥的粒度为5～50微米，其中粒度≤10微米的粘土耐火泥的颗粒占全部粘土耐火泥颗粒的重量占比≥50％。
上述方案中，各个填料选择亚微米级填料，是为了可以进一步保证与作为基体材料之间的两相融合，使得其不分层，无沉淀，分散性好，同时可以提供大的比表面积，有利于低温自烧结和形成多孔状具有弹性的材料。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，液态酚醛树脂为热固性液态酚醛树脂。
此外，本发明的另一目的在于提供一种焦炉炉头灌浆料，该焦炉炉头灌浆料用于焦炉保护板与炉体之间的缝隙，提高焦炉保护板与炉体之间的密封程度。此外，该焦炉炉头灌浆料具有良好的流动性和分散性好，自烧结成一体、自膨胀和耐高温的特点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种焦炉炉头灌浆料，其各组分质量百分配比为：
作为基体材料的液态酚醛树脂：25-35％；
作为填料的二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥：%2064-74％；
作为添加剂的硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷：0.5-1.5％。
在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，本案发明人针对焦炉保护板与炉体之间的缝隙环境特征以及常用材质，设计了上述的成分配比。由于本案的密封焦炉炉头灌浆料应用于焦炉保护板缝隙中，所选用的基体材料应当具有较好的流动性和分散性，化学性质稳定，不轻易的反应，同时，连续相还应当耐高温和灼烧，基于上述考虑，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中采液态酚醛树脂作为基体材料。
此外，选择液态酚醛树脂作为基体材料还由于以下原因：液态酚醛树脂的固含量35-50％，150℃固化时间50-90s，水溶性比例为1：2。此外，液态酚醛树脂有绿色环保特征，且与水的混合溶解比例为200％以内。另外,其自身具备高温固化，形成三维块体材料的特点，同时是整个灌浆材料经高温自固化形成块体，多孔隙密封材料的关键。
此外，为了保证以液态酚醛树脂溶液作为基体材料的浆料在添加填料之后的流动性好，不易沉降，抗龟裂性、稳定性、分散性、与连续相两相融合性好，以及高温下固体残留量高，并且能形成均匀分布的多孔材料的特性，在本发明所述的技术方案中，选择二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥作为填料。
其中，选择莫来粉是因为莫来粉是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的二元化合物。此外，莫来粉具有耐高温、强度高导热系数小、耐火度可达1800℃时保持稳定，因此，其可以作为填料主体能够保障密封作用，同时改善耐高温性。
选择粘土耐火泥是因为粘土耐火泥是以耐火熟料粉加适量可塑黏土作为结合剂和可塑剂而制成，因而，其拥有良好的可塑性，且粘结强度大，抗腐蚀性好，耐高温可达1600℃—1700℃的特点。作为填料的一部分，粘土耐火泥主要起到改善灌浆液的粘度和流动性，由此提高颗粒的分散稳定性。
选择二氧化硅粉，是因为其为天然石英砂超细粉碎产物，熔点为1750℃。其化学性质稳定，耐高温不易分解，内表面积大以及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，橡胶改良后强度提高数十倍。而作为填料的主体材料之一，因粒度小不仅能够改善灌浆料炭化后块体材料的填充性，而且因巨大的表面积和含氧官能团作用使得灌浆料具有很好的触变性。
另外，在本案中硅烷偶联剂作为分散剂，其促进浆料中硅溶胶和填料能均匀混合，不分层，不沉降，有较好的稳定性，所添加的分散剂在一些优选的实施方式中，可以磨碎成颗粒级的粉末状，从而具有更好的分散性，耐高温和阻燃性，且化学性质更稳定。此外，硅烷偶联剂可以改变SiO2和Al2O3表面的官能团界面特性，有利于填料在基体材料中的分散，且对所得浆料的流动性影响较小。
在浆料中添加消泡剂，主要是基于液体酚醛树脂在灌浆过程中因温度作用而断键，会挥发产生汽泡，从而阻碍后续浆体材料的顺利进行考虑，而选择聚二甲基硅氧烷的硅油类消泡剂通过降低浆体的表面张力而实现消泡作用。同时，考虑到炉顶的高温性，灌浆过程中温度作用，硅油类消泡剂还需要具有很好的耐高温分解性，因此，在本案中采用聚二甲基硅氧烷的硅油类消泡剂作为消泡剂。
综上所述，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，设计其各组分质量百分配比为：作为基体材料的液态酚醛树脂：25-35％；作为填料的二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥：64-74％；作为添加剂的硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷：0.5-1.5％，从而使得本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔隙，多弹性的特性。此外，本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以通过注浆方式填充焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙，可以提高密封程度，降低炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：
二氧化硅粉：40-50％；
莫来粉：35-45％；
粘土耐火泥：10-20％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，在添加剂中，硅烷偶联剂占添加剂的质量百分配比为40-60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，液态酚醛树脂的固含量为35-50％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，二氧化硅粉的粒度为0.5～20微米，其中粒度≤5微米的二氧化硅粉颗粒占全部二氧化硅粉颗粒的重量占比≥60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，莫来粉的粒度为10～80微米，其中粒度≤25微米的莫来粉颗粒占全部莫来粉颗粒的重量占比≥60％。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，粘土耐火泥的粒度为5～50微米，其中粒度≤10微米的粘土耐火泥的颗粒占全部粘土耐火泥颗粒的重量占比≥50％。
上述方案中，各个填料选择亚微米级填料，是为了可以进一步保证与作为基体材料之间的两相融合，使得其不分层，无沉淀，分散性好，同时可以提供大的比表面积，有利于低温自烧结和形成多孔状具有弹性的材料。
进一步地，在本发明所述的焦炉炉头灌浆料中，液态酚醛树脂为热固性液态酚醛树脂。
另外，本发明的又一目的在于提供上述的焦炉炉头灌浆料的制造方法，通过该制造方法可以得到具有良好的流动性和分散性好，自烧结成一体、自膨胀和耐高温的特点的焦炉炉头灌浆料。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的焦炉炉头灌浆料的制造方法，其包括步骤：
将硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷按配方比例要求加入液态酚醛树脂中，得到液体酚醛树脂混合液；
将二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥按配方比例要求混合均匀，配制成填料；
将混合好的填料，在搅拌过程中缓慢倒入所述液体酚醛树脂混合液中，搅拌均匀得到所述焦炉炉头灌浆料。
本发明所述的焦炉炉头灌浆料及其制造方法具有以下的优点和有益效果：
本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以实施于对焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙进行灌浆，其可以是一种流动性好、固含量高的新型有机-无机复合浆料，其可以在700-1000℃高温环境下，具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔状、多弹性的特征。通过注浆方式填充焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙，可以提高密封程度，降低炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的焦炉炉头灌浆料及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6
实施例1-6的焦炉炉头灌浆料采用下述步骤进行制造：
将硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷按配方比例要求加入液态酚醛树脂中，得到液体酚醛树脂混合液；
将二氧化硅粉、莫来粉和粘土耐火泥按配方比例要求混合均匀，配制成填料；
将混合好的填料，在搅拌过程中缓慢倒入所述液体酚醛树脂混合液中，搅拌均匀得到所述焦炉炉头灌浆料。
其中，实施例1-6的焦炉炉头灌浆料中各组分质量百分配比为：
作为基体材料的热固性液态酚醛树脂：25-35％；
作为填料的二氧化硅、莫来石和粘土耐火泥：64-74％；
作为添加剂的硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷：0.5-1.5％。
此外，在填料中，各组分占填料的质量百分配比为：
二氧化硅粉：40-50％；
莫来粉：35-45％；
粘土耐火泥：10-20％。
关于实施例1-6的焦炉炉头灌浆料的各个组分的配比可以参见表1。
表1.
表2列出了实施例1-6的焦炉炉头灌浆料的各个组分的其他相关参数。
表2.
使用焦炉炉头灌浆料时，可以采用加料漏斗。加料漏斗为一个带有漏斗下料口的桶状结构，容积为3-10升，下料口外径4-5cm；注浆管根据灌浆部位不同分为两种：用于炉顶部位灌浆，注浆管为普通金属管，外径略小于炉顶灌浆口，为5-6cm；用于炉顶区域缝隙部位灌浆，为塑料管，长度取决于加料漏斗与灌浆口之间的高度差，外径为5-6cm，喷嘴口被加工成椭圆形状，便于塞进保护板与炉体之间的缝隙。
当本案的焦炉炉头灌浆料用于炉顶部位灌浆，可以采取如下步骤进行灌浆：选中需进行保护板和炉体之间缝隙灌浆的炭化室；将炭化室炉框上部的插砖取出，并清理出杂物，便于注浆施工；加料漏斗放置在焦炉炉顶，连接上注浆管，注浆管喷嘴通过将炭化室炉框上部的插砖部位塞入保护板和炉体之间的缝隙，然后将本案的焦炉炉头灌浆料加入加料漏斗，通过灌浆料的自重注入保护板和炉体之间的缝隙；对每个部位前后要进行3次注浆作业，两次注浆作业之间的时间间隔控制为3-5分钟；每次注浆作业结束的标志是注浆口处浆液出现往外溢流；对一个部位3次注浆作业全部结束之后，重新砌筑好炉门框上部的插砖。
当本案的焦炉炉头灌浆料用于炉顶区域缝隙，可以采取如下步骤进行灌浆：选中需进行炉顶区域缝隙灌浆的燃烧室；将燃烧室炉头部位的盖砖取下，并清理出灌浆孔里杂物，便于注浆施工；加料漏斗放置在焦炉炉顶，连接上注浆管，注浆管插入炉顶灌浆孔；前后要进行3次注浆作业，两次注浆作业之间的时间间隔控制为3-5分钟；每次注浆作业结束的标志是注浆口处浆液出现往外溢流。
表3列出了本案各个实施例的焦炉炉头灌浆料的性能参数。
表3.
由表3可以看出，本案各实施例的焦炉炉头灌浆料为棕色的常温下为液态的混合物，其机械稳定性、化学稳定性以及稀释稳定性表现优良，可以在300-1000℃下使用，固含量较高，且具有一定流体流动性。
结合表1至表3可以看出，本发明所述的焦炉炉头灌浆料可以实施于对焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙进行灌浆，其可以是一种流动性好、固含量高的新型有机-无机复合浆料，其可以在700-1000℃高温环境下，具有自烧结、自膨胀、耐高温、多孔状、多弹性的特征。通过注浆方式填充焦炉炉顶区域和炭化室区域的保护板与炉体之间缝隙，可以提高密封程度，降低炉头冒烟和无组织排放，改善焦炉环境。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
