有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法
阅读说明：本技术 有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法 (Alkali corrosion resistant refractory material of organic waste liquid incinerator and preparation method thereof ) 是由 赵莹 程桂石 张家赫 董长青 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明专利属于耐火材料技术领域,特别涉及有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法。该耐火材料由刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、硫酸钡或氧化硼组成,其质量分配比分别为刚玉25-50份、镁砂40-60份、硅酸盐水泥5-10份、羟甲基纤维素5-10份、硫酸钡：2-5份、氧化硼：1-3份。本发明的目的是提供有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法,该耐火材料具有荷重软化温度高、耐压强度大、高温线膨胀系数小、热导率低、抗爆裂性和抗碱金属腐蚀性能优良的特点,能够解决有机废液焚烧炉运行过程中发生裂纹导致耐火材料爆裂和碱金属腐蚀的问题。(The invention belongs to the technical field of refractory materials, and particularly relates to an alkali corrosion resistant refractory material of an organic waste liquid incinerator and a preparation method thereof. The refractory material consists of 25-50 parts of corundum, 40-60 parts of magnesia, 5-10 parts of Portland cement, 5-10 parts of hydroxymethyl cellulose and barium sulfate by mass ratio: 2-5 parts of boron oxide: 1-3 parts. The invention aims to provide an alkali corrosion resistant refractory material of an organic waste liquid incinerator and a preparation method thereof, the refractory material has the characteristics of high refractoriness under load, high compressive strength, small high-temperature linear expansion coefficient, low thermal conductivity, and excellent anti-decrepitation and alkali metal corrosion resistance, and can solve the problems of cracking of the refractory material and alkali metal corrosion caused by cracks in the operation process of the organic waste liquid incinerator.)
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法。
背景技术
耐火材料是耐高温设备必需的材料，具有良好的体积稳定性和良好的高温力学性能，被广泛应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷、化工、机械、电力等国民经济各领域的高温工业生产过程中，在高温工业的发展中起着不可替代的重要作用。
目前工业上有机废液处理主要采用焚烧处理技术。但是工业有机废液中含有Na2SO4、KCl、NaCl等碱金属盐，并且酸性废水在焚烧前通常会加入碱性物质（如氢氧化钾、氢氧化钠）进行中和，以减轻泵和输送管道被酸性废水所腐蚀，因此给有机废液中带入了更多的碱金属盐类。这些碱金属导致废液焚烧炉中耐火材料腐蚀剥落，严重影响耐火材料使用寿命，对废液焚烧炉造成很大的安全隐患和经济损失，碱金属所引起的腐蚀已成为化工废液焚烧处理的主要障碍。
传统的氧化铝质、氧化镁质、含铬耐火材料具有良好的抗碱性熔融物的腐蚀性能。氧化铝质耐火材料中氧化铝的含量不同适应不同的应力要求，理论上氧化铝含量大于60%时耐火材料具有良好的抗蚀性。但是有机废液焚烧炉在运行时，耐火材料在短短的几个月就会出现大面积的剥落，导致焚烧炉无法正常运行。研究表明碱金属主要通过侵蚀耐火材料的裂纹降低其抗蚀性和抗磨损能力，最终造成耐火材料的剥落。综上所述，需要开发一种适用于有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法，来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料及其制备方法，该耐火材料具有荷重软化温度高、耐压强度大、高温线膨胀系数小、热导率低、抗爆裂性和抗碱金属腐蚀性能优良的特点，能够解决有机废液焚烧炉运行过程中发生裂纹导致耐火材料爆裂和碱金属腐蚀的问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为硫酸钡或氧化硼，其质量份配比如下：
刚玉25-50份
镁砂40-60份
硅酸盐水泥5-10份
羟甲基纤维素5-10份
硫酸钡：2-5份
氧化硼：1-3份。
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、硫酸钡或氧化硼的质量份配比之和为100份，粒径优选为0-5mm。
在工程实际应用中，考虑到成本问题，结合剂中的羟甲基纤维素可用化工废液亚硫酸纸浆废液替代。
该有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将不同配比的主料、结合剂和抗碱渗透剂在强制搅拌机下搅拌15-30分钟至混合均匀，得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练15-30分钟后倒入模具中震动成型，养护后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品干燥，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体热处理后，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
本发明中步骤（2）中的养护温度为室温，养护时间为12-24h。
本发明中步骤（3）中的干燥温度为110-150℃，干燥时间为12-24h。
本发明中步骤（4）中的热处理温度分别为1000-1100℃、1300-1400℃和1700-1800℃，每个热处理温度段的热处理时间为3-5h。
由此可见，上述制备方法步骤简单，易于操作。
总之，与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下有益效果：
经检测，本发明所述的有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料具有优异的抗碱腐蚀性能，同时表现出良好抗折强度和热震稳定性，因此能够满足各种工况下有机废液焚烧炉中耐火材料的使用要求。
具体实施方式
实施例1
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为硫酸钡，其质量份配比如下：
刚玉28份
镁砂55份
硅酸盐水泥7份
羟甲基纤维素8份
硫酸钡：2份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、硫酸钡的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌30分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练25分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护24h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在110℃下干燥24h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1000℃、1300℃和1700℃分别热处理3h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、硫酸钡平均粒径为0.8mm。
实施例2
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为硫酸钡，其质量份配比如下：
刚玉43份
镁砂45份
硅酸盐水泥5份
羟甲基纤维素5份
硫酸钡：2份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、硫酸钡的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌15分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练30分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护18h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在130℃下干燥18h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1000℃、1300℃和1700℃分别热处理5h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、硫酸钡平均粒径为0.8mm。
实施例3
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为硫酸钡，其质量份配比如下：
刚玉25份
镁砂50份
硅酸盐水泥10份
羟甲基纤维素10份
硫酸钡：5份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、硫酸钡的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌20分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练20分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护24h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在150℃下干燥12h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1100℃、1400℃和1800℃分别热处理3h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、硫酸钡平均粒径为0.8mm。
实施例4
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为氧化硼，其质量份配比如下：
刚玉28份
镁砂55份
硅酸盐水泥7份
羟甲基纤维素8份
氧化硼：2份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、氧化硼的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌30分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练25分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护24h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在110℃下干燥24h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1000℃、1300℃和1700℃分别热处理3h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、氧化硼平均粒径为0.1mm。
实施例5
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为氧化硼，其质量份配比如下：
刚玉43份
镁砂45份
硅酸盐水泥5份
羟甲基纤维素5份
氧化硼：2份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、氧化硼的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌15分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练30分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护18h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在130℃下干燥18h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1000℃、1300℃和1700℃分别热处理5h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、氧化硼平均粒径为0.1mm。
实施例6
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料，该耐火材料的主料为刚玉和镁砂、结合剂为硅酸盐水泥和羟甲基纤维素、抗碱渗透剂为氧化硼，其质量份配比如下：
刚玉25份
镁砂50份
硅酸盐水泥10份
羟甲基纤维素10份
氧化硼：5份
其中，所述的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素、氧化硼的质量份配比之和为100份。
有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料的制备方法如下：
步骤（1）：将上述配比份的刚玉、镁砂、硅酸盐水泥、羟甲基纤维素和硫酸钡在强制搅拌机下搅拌20分钟得到混合料；
步骤（2）：将所述混合料加水混练20分钟后倒入模具中震动成型，在室温下养护24h后脱模，制得脱模后的样品；
步骤（3）：将所述脱模的样品在150℃下干燥12h，制得干燥后的坯体；
步骤（4）：将所述干燥后的坯体在1100℃、1400℃和1800℃分别热处理3h，冷却至室温后得到所述有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料。
其中，所述的刚玉平均粒径为1.8mm、镁砂平均粒径为3.1mm、硅酸盐水泥平均粒径为18.8μm、羟甲基纤维素平均粒径为30μm、氧化硼平均粒径为0.1mm。
对比例1
在该对比例中，未使用本发明所述的抗碱渗透剂，此外，刚玉、镁砂硅酸盐水泥和羟甲基纤维素的配比、种类、粒径及制备过程与实施例4相同。
对比例2
在该对比例中，未使用本发明所述的抗碱渗透剂，此外，刚玉、镁砂硅酸盐水泥和羟甲基纤维素的配比、种类、粒径及制备过程与实施例5相同。
对比例3
在该对比例中，未使用本发明所述的抗碱渗透剂，此外，刚玉、镁砂硅酸盐水泥和羟甲基纤维素的配比、种类、粒径及制备过程与实施例6相同。
经检测，实施1～实施6制得的有机废液焚烧炉的抗碱腐蚀耐火材料性能参数如下：
体积密度≥3.0g/cm3；
气孔率≤12%；
常温耐压强度≥25MPa。
抗碱腐蚀实验：根据国标GB/T14983-2008《耐火材料 抗碱性试验方法》中的熔碱坩埚法对实施例4～实施例6和对比例1～对比例3制备的耐火材料进行抗碱实验。结果表明对比例1～对比例3的耐火材料裂纹宽度均大于实施例4～实施例6的耐火材料裂纹宽度。