CN116283245B - 一种cfb炉用环保型可塑料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种CFB炉用环保型耐火可塑料及其制备工艺，原料的配料按照质量份数如下：主体耐火原料60～80份；膨胀耐火原料细粉2～20份；塑性原料细粉2～8份；功能助剂4～10份；纤维素0.1～0.5份；保湿剂0.1～0.5份；水10～15份。其中，功能助剂为硅微粉与络合铝镁溶胶粉的预混合物，或硅微粉与络合硅镁溶胶粉的混合物，或硅微粉与络合铝镁溶胶粉、络合硅镁溶胶粉的混合物。该耐火可塑料克服了传统结合剂带来的板结和高温性能不佳的技术难题，具有较好的实用价值。

Description

一种CFB炉用环保型可塑料及其制备工艺

技术领域

本发明属于无机非金属材料学科耐火材料领域，涉及一种CFB环保型耐火可塑料及其制备工艺。

背景技术

CFB锅炉燃烧技术是国内外公认的一种洁净燃烧技术，具有、污染物排放少、燃烧效率高、负荷调节比大和灰渣综合利用等独特的优势。CFB大多数的可塑料大都是氧化铝体系的可塑料，中国专利CN107556008A循环流化床锅炉用耐磨耐火可塑料、CN109422529A一种高强度CFB锅炉高铝耐火可塑料、CN107954733A一种原位硼酸铝晶须增强CFB锅炉高强度耐磨可塑料公开的主成分为不同氧化铝含量的铝矾土或刚玉，结合剂为磷酸或者磷酸盐。由于磷酸或者磷酸盐会与铝矾土中的铁杂质反应，导致保存时间很短。可塑料中铝矾土的等级越低，杂质含量越高，保存期越短。另外，由于需要现场二次搅拌增加了成本，且因施工人员熟练程度的不同会影响可塑料的搅拌，造成质量波动。其三，该工艺需要引入大量的磷酸盐结合剂，该结合剂污染性较大，很多地区现已禁止使用磷酸盐结合可塑料。与此同时，以上专利均是采用A、B料的形式，即采用氧化铝系的骨料和粉料混合，加入适量磷酸结合剂经搅拌困料除铁后装袋制成湿料A，用早强剂、塑化剂等外加剂干粉分袋打包制成干粉B。后将A、B料送至施工现场将A、B料倒入搅拌机中二次搅拌，加入磷酸结合剂混合均匀制成的一种捣打施工的不定形耐火材料。由于制作工序多，一次工序困料除铁中加入磷酸结合剂比例过多会影响到后湿料的保存时间，加入磷酸结合剂比例偏少又会影响到除铁效果，使得可塑料的质量很难有稳定的标准。中国CN107556005A公开一种CFB锅炉旋风分离器靶区用铬刚玉莫来石氮化硅高强耐磨可塑料，其强度高、耐磨性能好、热导率低，但纳米氧化铝溶胶结合剂，βSi₃N₄、βSialon等原材料价格昂贵，产品价格高使客户接受度降低。

发明内容

为了克服上述技术不足，本发明一种CFB炉用环保型耐火可塑料及其制备工艺，原料的配料按照质量份数如下：

主体耐火原料60～80份；

膨胀耐火原料细粉2～20份；

塑性原料细粉2～8份；

功能助剂4～10份；

纤维素0.1～0.5份；

保湿剂0.1～0.5份；

水10～15份；

所述的主体耐火原料由矾土粗骨料、矾土细骨料、高铝电瓷骨料、矾土细粉组成，矾土粗骨料粒度为5～2mm，矾土细骨料粒度为1～0.25mm，高铝电瓷骨料为粒度1～0.25mm的废旧电瓷回收料，矾土细粉的粒度为0.088～0.044mm，四者质量比范围为(3-5)：(1-2)：(1-2)：(3-5)，优选的质量比范围为3：(1-2)：(1-2)：(3-5)，更优选的质量比范围为3：(1-2)：(1-2)：3，进一步优选的范围为3：1：1：3。

所述的膨胀耐火原料细粉为蓝晶石粉、红柱石粉的一种或两种混合物，粒度为0.044～0.010mm；

所述的塑性原料为粘土、膨润土的一种或两种混合物；

所述的功能助剂为硅微粉与络合铝镁溶胶粉的预混合物，或硅微粉与络合硅镁溶胶粉的混合物，或硅微粉与络合铝镁溶胶粉、络合硅镁溶胶粉的混合物，功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：(2.4～2.6)。

所述的硅微粉中SiO₂的含量可为94％或96％，粒度D₉₀≤1μm，D₅₀为0.1～0.3μm；

所述的纤维素为有机纤维素，甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、木质素纤维、纤维素纤维的一种或多种混合物；

所述的保湿剂为质量比1：1的封闭剂和吸湿剂混合物，封闭剂为凡士林、液体石蜡、羊毛脂、矿物油、花生醇丙酸酯，鲸蜡醇棕榈酸酯、烷基聚甲基硅氧烷的一种或多种混合物，吸湿剂为透明质酸钠交联聚合物、异硬脂酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖的一种或多种混合物。

将上述原料强力混碾10～25min至均匀，压挤成泥团密封包装，存放待用。

本发明一种CFB炉用环保型耐火可塑料及其制备工艺的施工和养护：

将密封包装好的可塑料运至现场，打开包装直接捣打施工；施工完毕后自然干燥48～96h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率≤20℃/h缓慢升温至工作温度即可服役。

本发明的主成分为矾土，强度高，满足CFB的高耐磨工况需求，且价格客户接受度高。采用的功能助剂作为结合剂，其主成分是MgO、Al₂O₃、SiO₂，不会引入其它杂质成分。在常温下硅微粉、络合铝镁溶胶粉或络合硅镁溶胶粉水化后胶结，干燥后形成穿插式的结构镶嵌在颗粒与细粉之间，提高可塑料坯体的结合强度，高温时胶结剂粉体具有促进烧结功能，降低烧结温度，降低可塑料对温度的敏感性，使本发明的可塑料在常温、中温、高温强度相对保持稳定，均可达80MPa以上。

本发明专利的没有使用常规的结合剂磷酸二氢铝，由于磷酸二氢铝等酸性结合剂会矾土原料中的Fe等杂质反应，严重情况下会使整个可塑料发生板结，从而导致配制好的可塑料运达施工现场后无法使用。本发明的功能助剂采用的预混合物一方面具有低温条件下的胶结性能，保证了配置时不发生反应导致板结，另一方面在高温烘炉过程中其在1200～1400℃范围内形成低共熔相，促进耐火材料快速致密化，从而得到优异的高温抗渣、抗冲刷性能。

本发明的可塑料产品是将原料在厂内配置内完成预制成塑性湿泥团，质量稳定。本发明的可塑料不使用磷酸或者磷酸盐来结合，既加环保，又克服磷酸和矾土杂质含量的矛盾，克服了难以确定的保质期外可塑料质量稳定需求的磷酸加入量标准。加入的保湿剂具有预防运输的刮擦伤导致密封包装破损使可塑料湿料变干变质，保存期可延长2～3倍达12～18个月。本发明的原材料相对廉价，产品性价比高，客户接受度高。

具体实施方式

实施例1

一种CFB炉用环保型耐火可塑料配方按质量份数计，原料配料如下：

主体耐火原料60份，膨胀耐火原料细粉20份，塑性原料细粉8份，功能助剂6份，纤维素0.5份，保湿剂0.1份，水15份；所述的主体耐火原料由矾土骨料、高铝电瓷骨料、矾土细粉组成，矾土骨料粒度为5～2mm和1～0.25mm两种，高铝电瓷骨料为粒度1～0.25mm的废旧电瓷回收料，矾土细粉的粒度为0.088～0.044mm，四者质量比为3：1：1：3；所述的膨胀耐火原料细粉为蓝晶石粉、红柱石粉的一种或两种混合物，粒度为0.044～0.010mm；所述的塑性原料为粘土；所述的功能助剂为硅微粉与络合铝镁溶胶粉的预混合物，功能助剂中Al2O3：MgO：SiO2的摩尔比满足1：1：2.5；所述的硅微粉中SiO₂的含量可为96％，粒度D₉₀＝1μm，D₅₀＝0.3μm；所述的纤维素为有机纤维素甲基纤维素(MC)；所述的保湿剂为质量比1：1的封闭剂和吸湿剂混合物，封闭剂为凡士林，吸湿剂为透明质酸钠交联聚合物。将上述原料强力混碾25min至均匀，压挤成泥团密封包装，存放待用。施工时运至现场，打开包装直接捣打施工，施工完毕后自然干燥48h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率20℃/h缓慢升温至工作温度服役。实施例1在常温、中温、高温强度相对保持稳定，均可达80MPa以上。表1列出了实施例1经1400℃×3h煅烧后的性能。

实施例2

一种CFB炉用环保型耐火可塑料配方按质量份数计，原料配料如下：

主体耐火原料80份，膨胀耐火原料细粉2份，塑性原料细粉2份，功能助剂6份，纤维素0.1份，保湿剂0.5份，水10份；

所述的主体耐火原料由矾土骨料、高铝电瓷骨料、矾土细粉组成，矾土骨料粒度为5～2mm和1～0.25mm两种，高铝电瓷骨料为粒度1～0.25mm的废旧电瓷回收料，矾土细粉的粒度为0.088～0.044mm，四者质量比为3：1：1：3；所述的膨胀耐火原料细粉为蓝晶石粉、红柱石粉的一种或两种混合物，粒度为0.044～0.010mm；所述的塑性原料为膨润土；所述的功能助剂为硅微粉与络合硅镁溶胶粉的混合物，功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：2.6；所述的硅微粉中SiO₂的含量可为94％或96％，粒度D₉₀≤1μm，D₅₀为0.1～0.3μm；所述的纤维素为有机纤维素，甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、木质素纤维、纤维素纤维的混合物；所述的保湿剂为质量比1：1的封闭剂和吸湿剂混合物，封闭剂为烷基聚甲基硅氧烷的混合物，吸湿剂为透明质酸钠交联聚合物。将上述原料强力混碾10min至均匀，压挤成泥团密封包装，存放待用。施工时运至现场，打开包装直接捣打施工，施工完毕后自然干燥96h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率15℃/h缓慢升温至工作温度服役。实施例2在常温、中温、高温强度相对保持稳定，均可达80MPa以上。表1列出了实施例2经1400℃×3h煅烧后的性能。

实施例3

一种CFB炉用环保型耐火可塑料配方按质量份数计，原料配料如下：

主体耐火原料70份，膨胀耐火原料细粉12份，塑性原料细粉5份，功能助剂10份，纤维素0.3份，保湿剂0.3份，水13份；

所述的主体耐火原料由矾土骨料、高铝电瓷骨料、矾土细粉组成，矾土骨料粒度为5～2mm和1～0.25mm两种，高铝电瓷骨料为粒度1～0.25mm的废旧电瓷回收料，矾土细粉的粒度为0.088～0.044mm，四者质量比为3：1：1：3；所述的膨胀耐火原料细粉为蓝晶石粉、红柱石粉的一种或两种混合物，粒度为0.044～0.010mm；所述的塑性原料为粘土和膨润土的混合物；所述的功能助剂为硅微粉与络合铝镁溶胶粉、络合硅镁溶胶粉的混合物，功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：2.4；所述的硅微粉中SiO₂的含量可为94％或96％，粒度D₉₀≤1μm，D₅₀为0.1～0.3μm；所述的纤维素为有机纤维素木质素纤维；所述的保湿剂为质量比1：1的封闭剂和吸湿剂混合物，封闭剂为液体石蜡，吸湿剂为壳聚糖。将上述原料强力混碾20min至均匀，压挤成泥团密封包装，存放待用。施工时运至现场，打开包装直接捣打施工，施工完毕后自然干燥72h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率20℃/h缓慢升温至工作温度服役。实施例3在常温、中温、高温强度相对保持稳定，可达80MPa以上。表1列出了实施例3经1400℃×3h煅烧后的性能。

对比例1：

调整实施例1中功能助剂中硅微粉与络合铝镁溶胶粉的比例范围，使功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：2；其余配比和制备工艺流程不变，1400℃×3h煅烧后的耐压强度为69MPa，其它性能见下表，可以看出下偏离本发明的助剂的范围，高温综合性能变劣。

对比例2：

调整实施例1中功能助剂中硅微粉与络合铝镁溶胶粉的比例范围，使功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：3；其余配比和制备工艺流程不变，1400℃×3h煅烧后的耐压强度为71MPa，其它性能见下表，可以看出上偏离本发明的助剂的范围，高温综合性能变劣。

对比例3：

将实施例1中功能助剂替换为磷酸二氢铝；其余配比不变，施工时运至现场，打开包装，由于发生板结，无法直接捣打，需要进行机械破碎处理，施工完毕后自然干燥72h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率20℃/h缓慢升温至工作温度服役。经1400℃×3h煅烧后的性能见下表，可以看出高温综合性能变劣。

表1 1400℃×3h烧后实施例1-3的性能列表

Claims (7)

1.一种CFB炉用环保型耐火可塑料，其特征在于，其原料的配料按照质量份数如下：

主体耐火原料60～80份；

膨胀耐火原料细粉2～20份；

塑性原料细粉2～8份；

功能助剂4～10份；

纤维素0.1～0 .5份；

保湿剂0.1～0 .5份；

水10～15份；

所述的主体耐火原料由矾土粗骨料、矾土细骨料、高铝电瓷骨料、矾土细粉组成，四者质量比范围为(3-5)：(1-2)：(1-2)：(3-5)；所述的膨胀耐火原料细粉为蓝晶石粉、红柱石粉的一种或两种混合物，粒度为0 .044～0 .010mm；

所述的塑性原料为粘土、膨润土的一种或两种混合物；

所述的功能助剂为硅微粉与络合铝镁溶胶粉的预混合物，或硅微粉与络合硅镁溶胶粉的混合物，或硅微粉与络合铝镁溶胶粉、络合硅镁溶胶粉的混合物；

所述的功能助剂中Al₂O₃：MgO：SiO₂的摩尔比满足1：1：(2.4～2 .6)；

所述的硅微粉中SiO₂的含量为94％或96％，粒度D90≤1μm，D50为0.1～0 .3μm；

所述的矾土粗骨料粒度为5～2mm，矾土细骨料粒度为1～0 .25mm，高铝电瓷骨料为粒度1～0 .25mm的废旧电瓷回收料，矾土细粉的粒度为0.088～0 .044mm。

2.根据权利要求1所述的耐火可塑料，其特征在于，所述的纤维素为有机纤维素，甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、木质素纤维、纤维素纤维的一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的耐火可塑料，其特征在于，所述的保湿剂为质量比1：1的封闭剂和吸湿剂混合物。

4.根据权利要求3所述的耐火可塑料，其特征在于，所述的封闭剂为凡士林、液体石蜡、羊毛脂、矿物油、花生醇丙酸酯，鲸蜡醇棕榈酸酯、烷基聚甲基硅氧烷的一种或多种混合物。

5.根据权利要求3所述的耐火可塑料，其特征在于，所述的吸湿剂为透明质酸钠交联聚合物、异硬脂酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖的一种或多种混合物。

6.权利要求1-5任一项所述的一种CFB炉用环保型耐火可塑料的制备方法，其特征在于，将所述的原料强力混碾10～25min至均匀，压挤成泥团密封包装，存放待用。

7.权利要求1-5任一项所述的一种CFB炉用环保型耐火可塑料的施工和养护方法，其特征在于，将密封包装好的可塑料运至现场，打开包装直接捣打施工；施工完毕后自然干燥48～96h，在120℃烘烤48h，然后以升温速率≤20℃/h缓慢升温至工作温度即可服役。