一种高耐磨碳化硅捣打料及其应用

摘要

本发明涉及一种高耐磨碳化硅捣打料，其重量组分如下：特级碳化硅55~78份、α型氮化硅5~15份、锆刚玉5~10份、氧化铝微粉和二氧化硅微粉各1~7份、磷酸铝铬9~13份、促凝剂0.5~5份、碘氧鞣酸铋0~2.5份，防爆纤维0.3~0.7份，所述促凝剂为活性ρ-氧化铝、氧化镁混合物，所述防爆纤维直径为1.5~2.5μm。本发明提供的高耐磨碳化硅捣打料，通过自然养生干燥后强度高，在高温下耐磨性能好、传热系数高、线收缩率小，使用寿命长。

权利要求

1.一种高耐磨碳化硅捣打料，其特征在于：它由以下重量份原料配制而成：碳化硅

55~78份、α型氮化硅5~15份、锆刚玉5~10份、氧化铝微粉和二氧化硅微粉各1~7份、结合剂9~13份、促凝剂0.5~5份、抑制剂碘氧鞣酸铋0~2.5份，防爆纤维0.3~0.7份；所述结合剂为50~60%的磷酸铝铬水溶液；所述促凝剂为活性ρ-氧化铝与氧化镁混合物的重量比为

1：0.1~0.5；所述防爆纤维采用直径为1.5~2.5μm的水溶性聚乙烯醇纤维。

2. 根据权利要求1所述的高耐磨碳化硅捣打料，其特征在于，所述碳化硅选用特级碳化硅。

3. 根据权利要求1所述的高耐磨碳化硅捣打料，其特征在于，所述锆刚玉中ZrO2含量为40%。

4. 高耐磨碳化硅捣打料在炉膛耐火衬里方面的应用，具体为：

将以下重量份原料：其中碳化硅55~78份、α型氮化硅5~15份、锆刚玉5~10份、氧化铝微粉和二氧化硅微粉各1~7份、结合剂9~13份、促凝剂0.5~5份、抑制剂碘氧鞣酸铋0~2.5份，防爆纤维0.3~0.7份，在强制式搅拌机中搅拌均匀后，将混合料捣打在气化炉水冷管壁上，在5~35℃环境下自然固化6~8小时后，磷酸铝铬胶体浓缩、脱水、固化；在气化炉烘炉过程时，捣打料衬里进行以7~9℃/h加热至540℃，保温16~18h后，自然冷却至室温或直接使用；所述结合剂为50~60%的磷酸铝铬水溶液；所述促凝剂为活性ρ-氧化铝与氧化镁混合物的重量比为1：0.1~0.5；所述防爆纤维采用直径为1.5~2.5μm的水溶性聚乙烯醇纤维。

说明书

一种高耐磨碳化硅捣打料及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高耐磨碳化硅捣打料，用于气化炉水管壁耐磨衬里，应用于化工等领域。

背景技术

[0002] 水煤浆加压气化炉是在高温、高压、强还原气氛下操作，液态酸性熔渣，同时伴随着固体、液体、气体的高速冲刷，其气体成分及煤灰熔渣成分对耐火材料衬里产生严重的侵蚀和损毁。且在开、停车时有较大的温度和压力波动，这些苛刻条件对衬里耐火材料提出了较高的要求。目前合成氨装置气化炉水管壁耐磨衬里使用的进口德国的碳化硅捣打料，使用寿命较短仅为8500小时。

发明内容

[0003] 本发明目的在于提供一种高耐磨碳化硅捣打料及其制备方法，具体由以下技术方案实现：

[0004] 一种高耐磨碳化硅捣打料，其特征在于：它由以下重量份原料配制而成：碳化硅55~78份、α型氮化硅5~15份、锆刚玉5~10份、氧化铝微粉和二氧化硅微粉各1~7份、结合剂9~13份、促凝剂0.5~5份、抑制剂碘氧鞣酸铋0~2.5份，防爆纤维0.3~0.7份。

[0005] 结合剂选用50~60%的磷酸铝铬水溶液。

[0006] 其中促凝剂为活性ρ-氧化铝（ρ-Al2O）与氧化镁混合物的重量比为1：0.1~0.5。

[0007] 其中碳化硅选用特级碳化硅。

[0008] 防爆纤维优选直径为1.5~2.5μm水溶性聚乙烯醇纤维。

[0009] 其中氧化铝微粉优选采用活性α-Al2O3；

[0010] 二氧化硅微粉采用型号SF96；碘氧鞣酸铋采用抑制剂NH-66；

[0011] 本发明高耐磨碳化硅捣打料在炉膛耐火衬里方面的应用，具体为：

[0012] 将以下重量份原料：其中碳化硅55~78份、α型氮化硅5~15份、锆刚玉5~10份、氧化铝微粉和二氧化硅微粉各1~7份、结合剂9~13份、促凝剂0.5~5份、抑制剂碘氧鞣酸铋0~2.5份，防爆纤维0.3~0.7份，在强制式搅拌机中搅拌均匀后，将混合料捣打在气化炉水冷管壁上，在5~35℃环境下自然固化6~8小时后，磷酸铝铬胶体浓缩、脱水、固化；在气化炉烘炉过程时，捣打料衬里进行以7~9℃/h加热至540℃，保温16~18h后，自然冷却至室温或直接使用。

[0013] 本发明相比现有技术具有如下优点：

[0014] 本发明的捣打料以特级碳化硅、α型氮化硅和锆刚玉为骨料，氧化铝微粉和二氧化硅微粉为基料，磷酸铝铬为结合剂，碘氧鞣酸铋为抑制剂，活性氧化镁和氧化铝的混合物为促进剂。它由高纯度、大颗粒碳化硅、氮化硅和高温氧化物超细粉、磷酸铝铬等复合胶料、抑制剂、固化剂在特定的温度条件下配制而成。在空气中自然固化，主体结合剂磷酸铝铬在273-540℃加热后转变成低温型的β-- AlCr0.4(PO3)4.2。继续加热转化成稳定性结合力强的AlCr0.4 (PO4)1.4。捣打料脱水缩合、多聚结合、固相反应形成了三维网铬结构的高耐磨衬里。高温下磷酸铝铬、高温氧化物微粉可在低于刚玉、碳化硅、氮化硅等耐火原料烧结温度下产生陶瓷结合，制得相应的耐火衬里，增强了衬里的强度和和韧性，延长耐火衬里的使用寿命；可承受在20-1050℃之间多达120-125次热冷变化。合理的连续颗粒级配增加料的堆积密度，并提高其抗粉煤灰及熔渣的侵蚀、抗渗透及抗磨损能力。

[0015] 本发明提供的高耐磨碳化硅捣打料，通过自然养生干燥后强度高，在高温下耐磨性能好、传热系数高、线收缩率小、使用寿命长。

具体实施方式

[0016] 下面结合实例对本发明作进一步的的描述。

[0017] 以下实施例中的重量份均可为g、Kg。其中氧化铝微粉采用活性α-Al2O3；碘氧鞣酸铋采用抑制剂NH-66；氧化铝微粉2~4um，二氧化硅微粉5~10um；二氧化硅微粉型号SF96；氧化铝微粉牌号AN-03。

[0018] 实施例1：

[0019] 将55份特级碳化硅、15份α型氮化硅、10份锆刚玉（采用高锆刚玉，其中ZrO2的含量40%）、3.2份氧化铝微粉（3um）和2份二氧化硅微粉（8um）、13份50%的磷酸铝铬水溶液、促凝剂为活性ρ-氧化铝1份和氧化镁0.5份、0.3份直径为1.5μm的防爆纤维。

[0020] 将上述原料用强制式搅拌机中混合搅拌3-5分钟，混合搅拌均匀后，在气化炉内壁捣打成形，在10摄氏度环境下自然固化6小时后，捣打料终凝成形。捣打料衬里在烘炉过程中进行以7~9℃/h加热至540℃，保温16~18h后，磷酸铝铬胶体形成了P2O5-Al2O3-Cr2O3复合物，与混合料发生固相反应，形成了耐磨性能好、强度高、高温性能优良的捣打料衬里。捣打料衬里在使用过程中，当气化炉水冷壁管衬里温度达到850℃~1050℃的工作时，磷酸铝铬与α-氧化铝 、ρ-氧化铝发生化学反应，产生化学结合。高温下硅微粉与捣打料中的氧化铝形成莫来石晶相，产生陶瓷结合。生成了满足作业需要的气化炉水冷壁衬里。

[0021] 实施例2：

[0022] 将57份特级碳化硅、14份α型氮化硅、7份锆刚玉（采用高锆刚玉，其中ZrO2的含量40%）、3.3份氧化铝微粉（4um）、1.5份二氧化硅微粉（8um）、12份60%的磷酸铝铬水溶液、促凝剂为2.5份活性ρ-氧化铝和0.5份氧化镁、2.5份碘氧鞣酸铋、0.7份直径为2.5μm的防爆纤维。

[0023] 将上述原料用强制式搅拌机中混合搅拌均匀后，在气化炉内壁捣打成形，在25摄氏度环境下自然固化8小时后，捣打料终凝成形。捣打料衬里在烘炉过程中进行以7~9℃/h加热至540℃，保温16~18h后，磷酸铝铬胶体形成了P2O5-Al2O3-Cr2O3复合物，与混合料发生固相反应，形成了耐磨性能好、强度高、高温性能优良的捣打料衬里。

[0024] 捣打料衬里在使用过程中，当气化炉水冷壁管衬里温度达到850℃~1050℃的工作时，磷酸铝铬与α-氧化铝 、ρ-氧化铝发生化学反应，产生化学结合。高温下硅微粉与捣打料中的氧化铝形成莫来石晶相，产生陶瓷结合。生成了满足作业需要的气化炉水冷壁衬里。

[0025] 实施例3：

[0026] 将65份特级碳化硅、10份α型氮化硅、6份锆刚玉（采用高锆刚玉，其中ZrO2的含量40%）、6份氧化铝微粉（3um）、2.5份二氧化硅微粉（6um）、10份55%的磷酸铝铬水溶液、促凝剂为2份活性ρ-氧化铝与0.4份氧化镁的混合物、1.5份碘氧鞣酸铋、0.5份直径为2μm的防爆纤维。

[0027] 将上述原料用强制式搅拌机中混合搅拌均匀后，在气化炉内壁捣打成形，在30摄氏度环境下自然固化7小时后，捣打料终凝成形。捣打料衬里在烘炉过程中进行以7~9℃/h加热至540℃，保温16~18h后，磷酸铝铬胶体形成了P2O5-Al2O3-Cr2O3复合物，与混合料发生固相反应，形成了耐磨性能好、强度高、高温性能优良的捣打料衬里。捣打料衬里在使用过程中，当气化炉水冷壁管衬里温度达到850℃~1050℃的工作时，磷酸铝铬与α-氧化铝 、ρ-氧化铝发生化学反应，产生化学结合。高温下硅微粉与捣打料中的氧化铝形成莫来石晶相，产生陶瓷结合。生成了满足作业需要的气化炉水冷壁衬里。

[0028] 实施例4：

[0029] 将75份特级碳化硅、6份α型氮化硅、6份锆刚玉（采用高锆刚玉，其中ZrO2的含量40%）、1.5份氧化铝微粉（2um）和6份二氧化硅微粉（10um）、9份50%的磷酸铝铬水溶液、促凝剂为3份活性ρ-氧化铝与0.5份氧化镁的混合物、0.4份直径为2.5μm的防爆纤维。抑制剂碘氧鞣酸铋0.5份。

[0030] 将上述原料用强制式搅拌机中混合搅拌均匀后，在气化炉内壁捣打成形，在15摄氏度环境下自然固化8小时后，捣打料终凝成形。捣打料衬里在烘炉过程中进行以7~9℃/h升温加热至540℃，保温16~18h后，磷酸铝铬胶体形成了P2O5-Al2O3-Cr2O3复合物，与混合料发生固相反应，形成了耐磨性能好、强度高、高温性能优良的捣打料衬里。自然冷却至室温备用。

[0031] 本发明制得的高耐磨碳化硅捣打料与进口同类产品的性能对比如下表：

[0032] 按照YB/T 5202.1-2003不定型耐火材料试样制备方法，将捣打料制成160×40×40试块，按标准规范检测。

[0033] 由下表可见，本发明的高磨碳化硅捣打料，与进口的同类捣打料相比，耐磨性、3
韧性提高了50%。800℃下的耐磨量仅为2.5-3.2cm（耐磨量越小，耐磨性能越好。GB/T
3
50474-2008隔热耐磨衬里技术规范中规定，高耐磨A级捣打料耐磨量≤6（cm））。在1000℃时的导热系统大于7 W/m.k，导热系统增加了40%。在1100的耐压强度大于80Mpa。

[0034] 本发明高耐磨碳化硅捣打料在安庆石化化肥厂气化炉水冷壁上使用寿命9500~11000小时，而进口的同类产品最高使用寿命8500小时。

[0035] 高耐磨碳化硅捣打料主要理化性能如下：

[0036]