一种石灰回转窑工作衬耐碱浇注料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及耐火材料，尤其涉及一种石灰回转窑工作衬耐碱浇注料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石灰回转窑是煅烧活性石灰的主要高温设备之一(赵湘伟,罗忠义,徐刚亮,等.石灰回转窑节能降耗的生产实践[j].耐火与石灰,2023,48(2):41-43)，石灰石矿(caco3)经破碎后进入回转窑内，并随着筒体旋转均匀受热而分解转变成cao。这一动态高温过程中，石灰回转窑筒体内工作衬耐火材料面临以下几个方面的服役环境与要求：

2、(1)高温环境条件。石灰回转窑内温度高，尽管石灰石的理论分解温度约为800～900℃，但实际煅烧时还需考虑窑体的散热及石灰活性等因素，因此石灰回转窑内操作温度约1400～1500℃，尤其烧成带瞬时温度可达1550℃以上，远高于石灰的分解温度(张平,代伟林.降低石灰回转窑煅烧系统热耗的探讨[j].耐火与石灰,2023,48(4):30-31+40)，这一高温作业工况对工作衬耐火材料的高温稳定性提出了严苛要求。

3、(2)强碱性介质的侵蚀。石灰回转窑中主体介质环境为强碱性的游离cao，对耐火材料的侵蚀性强。

4、(3)石灰回转窑的动态机械应力强。不同于隧道窑、梭式窑或麦尔兹窑等高温设备，石灰回转窑属于旋转式动态作业，窑体长度约40～80米，甚至更长。在动态周转过程中，耐火材料既面临高温的热应力作用，也存在轴向机械应力，这也加速了耐火材料的损毁。

5、(4)高温风速地冲刷。石灰回转窑的燃料(煤粉、焦炉煤气或天然气等)以高速喷吹的方式进入窑体，火焰长度约15～20米，因此窑体耐火材料面临高速热气流的冲刷(张平,代伟林,苏华伟,等.低热值煤气在石灰回转窑中的应用分析及探讨[j].耐火与石灰,2022,47(3):38-40)，一般高温烟-气-尘的移动速度可达16～18m/s，这对耐火材料的抗冲刷和抗剥落能力要求较高。

6、(5)低热容与低导热。石灰回转窑的窑体热损是其能耗的重要指标，窑体工作衬的低热容与低导热是减小热量散失的关键。因此，在满足工作衬服役性能的情况下还需要兼具“少吸热，不传热”的特性。

7、目前，石灰回转窑窑体工作衬可选用al2o3-sio2系耐火材料，如莫来石质、刚玉-莫来石质、矾土-莫来石质等烧成或不烧砖(何贯通,郭宏相,王立旺,等.活性石灰回转窑整体配套耐火材料研发与应用[j].工业炉,2022,44(1):68-72)，其高温性能好、抗冲刷能力强，材料制备成本较低，且材料的导热系数较低，能够较好的解决石灰回转窑筒体的热损问题。但铝硅质耐火材料的碱度较低，抵抗碱性介质侵蚀的能力较弱，一方面容易结圈，另一方面抵抗温度波动的能力和热震稳定性也较差。

8、其次，选用镁铝尖晶石质烧成砖作为石灰回转窑工作衬耐火材料也较为常见，其耐火度高、高温强度大，抵抗碱性介质的侵蚀能力强，而且镁铝尖晶石质烧成砖结构与性能稳定，抵抗高温风速的冲刷能力强。但是仍然存在以下问题有待解决：

9、(1)镁铝尖晶石砖的烧成温度高(1500～1600℃烧成)，这无疑造成了较大的能耗，同时也增大了材料的成本，此外也浪费了石灰回转窑运行状态下的有效热量。

10、(2)镁铝尖晶石砖的导热系数较大(约4～6w/(m·k))，导致石灰回转窑筒体外温较高(一般在360～400℃)，增大了回转窑的热损和能耗。

11、(3)镁铝尖晶石砖属于烧成定形耐火材料制品，在石灰回转窑内采用砌筑的方式固定，由于回转窑的圆形外观导致砌筑难度和强度增大，筒体内衬耐火材料的整体性显著降低，尤其砖缝衔接处成为了侵蚀渗透的薄弱环节，导致内衬砖的剥落与损毁。

12、(4)镁铝尖晶石砖由于抵抗碱性介质的侵蚀能力强，在工作衬内不易结圈(丁春辉,刘华健,刘世昌,等.冶金石灰回转窑结圈原因分析及解决方案[j].鞍钢技术,2022(5):50-53)，但同时也难以在工作衬表面形成挂渣，未能形成良好的渣皮耐火材料保护层，这也进一步增大了工作衬的传热和热损失。

13、专利技术“一种石灰回转窑用矾土基均质莫来石不烧砖及其制备方法(202211624530.4)”公开了利用al2o3-sio2系耐火材料为原料制备不烧砖，利用石灰回转窑的工作温度来促进不烧砖的烧结，主要解决其抗热震性能差的问题，但铝硅系耐火材料在石灰回转窑内的结圈及窑体热损问题仍难以协同克服。

14、专利技术“一种高温石灰回转窑用复合预制件内衬的制备方法(202010702412.5)”公开了复合预制件内衬的浇注、烘烤及定型的工艺流程。尽管其高温服役性能良好，但材料组分中含有镁铬砂和cr2o3，在高温条件、碱性介质和氧化气氛下(石灰回转窑运行工况均满足)极易转变成剧毒的cr6+化合物，严重污染生态环境和健康安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种石灰回转窑工作衬耐碱浇注料的制备方法，该制备方法的工艺简单；所制备的石灰回转窑工作衬耐碱浇注料施工性能好，浇注成石灰回转窑工作衬后，无需额外的热处理或烧成，节约能源；浇注料高温强度大，体积密度低，导热系数小，碱度高、抗碱侵蚀能力强，不结圈且易挂渣皮；浇注料流动性好，石灰回转窑工作衬的整体密封性良好。

2、本发明的一种石灰回转窑工作衬耐碱浇注料，包括如下质量份数的原料：预混颗粒料100份；预混细粉料50～55份；磷酸二氢钾溶液9～13份；其中，预混颗粒料包括镁铝尖晶石颗粒和六铝酸钙颗粒；预混细粉料包括镁蔷薇辉石细粉︰顽火辉石细粉︰硼化锆细粉︰无定形al2o3细粉。

3、进一步的，镁铝尖晶石颗粒︰六铝酸钙颗粒的质量比为100︰(55～65)。

4、进一步的，镁蔷薇辉石细粉︰顽火辉石细粉︰硼化锆细粉︰无定形al2o3细粉的质量比为100︰(70～80)︰(15～20)︰(5～8)。

5、进一步的，镁铝尖晶石颗粒的粒度为0.1～3mm，颗粒粒度呈连续分布，其中[0.1mm～1mm]颗粒、(1mm～2mm]颗粒和(2mm～3mm]颗粒的质量比为1.0︰(5.2～5.8)︰(1.2～1.4)。

6、进一步的，六铝酸钙颗粒的粒度为4～8mm，颗粒粒度呈间断分布，其中[4mm～5mm]颗粒和[7mm～8mm]颗粒的质量比为100︰(30～35)。

7、进一步的，镁蔷薇辉石的粒度为40～60μm，其中，cao、mgo和sio2的质量比为(10～12)︰(40～45)︰(35～40)；顽火辉石的粒度为60～80μm，其中mgo和sio2的质量比为(45～50)︰(45～50)；硼化锆细粉的粒度为50～70μm。

8、进一步的，无定形al2o3细粉为非晶态，无定形al2o3细粉的粒度为20～30μm，无定形al2o3细粉的al2o3含量≥99wt％。

9、进一步的，磷酸二氢钾溶液的浓度为10～15wt％。

10、一种如上述的石灰回转窑工作衬耐碱浇注料的制备方法，按照质量比将混合均匀的预混颗粒料和预混细粉料混合均匀后得混合料，然后再向混合料中加入一定量的磷酸二氢镁溶液，搅拌一段时间，即得石灰回转窑工作衬耐碱浇注料。

11、一种石灰回转窑工作衬的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

12、s1.采用上述的制备方法制备得到石灰回转窑工作衬耐碱浇注料；

13、s2.将石灰回转窑工作衬耐碱浇注料浇注成型；

14、s3.将成型的样品在25～30℃条件下养护4～6小时后脱模，然后在100～110℃条件下养护4～6小时，即得石灰回转窑工作衬。

15、本发明制备中无需特殊的设备或仪器，工艺过程简单。

16、本发明有益效果为：

17、(1)本发明从原料组成组分碱度着手，选用高碱度耐火原料(六铝酸钙、镁铝尖晶石等)，降低酸性耐火组分的引入，从“以碱抗碱”的角度提高浇注料的抗碱侵蚀性能，同时结合浇注成型，有利于石灰回转窑工作衬的施工，提高窑体整体密封性，改善窑体抗冲刷和抗剥落能力，延长工作衬的服役寿命。

18、(2)本发明所制备的耐碱浇注料浇注成石灰回转窑工作衬后，无需额外的热处理或烧成，利用回转窑高温运行条件下的热量进行原位烧结，节约能源，降低浇注料的开发成本。

19、(3)本发明利用可溶性磷酸盐结合形成强度，有效改善浇注料流动性的且实现无水泥结合，避免浇注料高温下低熔物的形成而结圈，同时提高了浇注料的高温强度。

20、(4)本发明利用六铝酸钙、镁蔷薇辉石和顽火辉石较大的晶体结构孔隙形成高温固溶烧结，结合mgo-al2o3-cao体系的烧结活性促进浇注料与渣皮的粘接，利用原位反应形成高熔点保护层，既降低了浇注料的蚀损，又降低了材料的导热系数，进而降低了石灰回转窑筒体的热损失。

21、(5)本发明利用无定形al2o3的非晶态特性与无序结构，降低高温烧结反应的活化能，促进浇注料体系的快速烧结，并结合氧化铝-硼化锆的陶瓷相结合，提高浇注料抵抗温度波动的能力和热震稳定性。

22、本发明制备的石灰回转窑工作衬耐碱浇注料经检测：体积密度(110℃×24h)2.67～2.79g/cm3，振动流动值132～137mm，高温抗折强度(1400℃×0.5h)为8.1～9.2mpa，碱度2.4～2.6，导热系数1.9～2.2w/(m·k)，抗折粘接强度2.4～2.8mpa。

23、因此，本发明所制备的石灰回转窑工作衬耐碱浇注料施工性能好，浇注成石灰回转窑工作衬后，无需额外的热处理或烧成，节约能源；浇注料高温强度大，体积密度低，导热系数小，碱度高、抗碱侵蚀能力强，不结圈且易挂渣皮；浇注料流动性好，石灰回转窑工作衬的整体密封性良好；耐碱浇注料在施工前后无毒害组分产生，环境友好。