技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于流化床鍋爐的耐火耐磨材料的制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

循環(huán)流化床鍋爐是一種高效率低污染的新型鍋爐，它具有適應(yīng)煤種廣泛，能燒劣質(zhì)煤，帶負(fù)荷能力強(qiáng)，燃燒穩(wěn)定的特點(diǎn)。并且它的低溫燃燒特性，能有效的遏止氮氧化物的排放，加燒石灰石能爐內(nèi)脫硫，因此，它是純凝氣式小電廠改造為綜合利用型電廠的必選爐型，也是新上熱電廠的必選爐型。但是這種爐型特殊的爐墻內(nèi)襯對(duì)耐火材料提出了很高的要求，一般的循環(huán)流化床鍋爐爐墻分為點(diǎn)火器、點(diǎn)火風(fēng)道、風(fēng)室、燃燒室、爐膛出口煙道、旋風(fēng)分離器（或其它形式的分離器，如槽形分離器、百葉窗分離器等）料腿、返料器、回料管、過熱器前煙道爐頂及尾部煙道等部位。

燃燒室是循環(huán)流化床鍋爐比較重要的部位，這里爐墻集中了燃料燃燒的必需條件，有風(fēng)帽、進(jìn)煤口、返料口、二次風(fēng)口。這里的工作溫度為800～1000℃，流化速度為4～6m/s，雖然流化速度不高，但這里為濃相區(qū)且粒度大，磨損嚴(yán)重，因此這里的爐墻要選用高強(qiáng)耐磨澆注料，要求內(nèi)襯材料強(qiáng)度高，耐磨性好，不裂紋、抗剝落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：應(yīng)用于流化床中的耐火耐磨材料的在高溫條件下耐磨性不好的問題，采用了在制備過程中以雜多酸對(duì)材料中的有機(jī)金屬骨架材料進(jìn)行修飾后，再經(jīng)過燒結(jié)后使表面的耐磨性能得到提高。

為解決上述問題，采用了如下技術(shù)手段：

一種應(yīng)用于流化床鍋爐的耐火耐磨材料的制備方法，包括如下步驟：

第1步，配制出含有10～15wt%鉬酸鈉、12～18wt%鎢酸鈉、5～8wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫，再緩慢滴加濃硫酸，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰、雜多酸按照重量比1：8～10：4～6：3～4混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量20～35倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到雜多酸改性的耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒40～50份、硅粉8～15份、鋁粉4～8份、陶瓷纖維5～10份、蠟5～8份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將雜多酸改性的耐磨顆粒與蠟按照重量比10：0.5～1.5混合均勻，涂于坯體表面，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料。

所述的第1步中，升溫步驟是升溫至95～100℃；濃硫酸的濃度是90～98wt%，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的0.8～1.2倍。

所述的第2步中，升溫進(jìn)行反應(yīng)的溫度是90～110℃，反應(yīng)時(shí)間是15～30h。

所述的第3步和第4步中，蠟選自蜂蠟、羊毛脂蠟軟木纖維蠟、甘蔗蠟、微晶蠟、石蠟、地蠟、純地蠟、褐煤蠟或者聚乙烯蠟。

所述的第4步中，混合物在坯體表面涂覆的厚度優(yōu)選1～5mm。

所述的第4步中，燒制過程是：以升溫速率2～4℃/分升溫至1270～1320℃，再保溫2～4小時(shí)，再以0.5～1℃/分然后升溫到1340～1420℃，在此條件下保溫1～2小時(shí)，再自然冷卻。

有益效果

本發(fā)明制備得到的耐火耐磨材料應(yīng)用于流化床鍋爐中時(shí)具有耐火耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，其中通過雜多酸引入有機(jī)金屬骨架，再經(jīng)過燒結(jié)之后，使顆粒的耐磨性能得到了明顯提高，將其應(yīng)用于耐火材料表面上，實(shí)現(xiàn)了耐火耐磨的效果，優(yōu)于直接將材料混合。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

第1步，配制出含有10wt%鉬酸鈉、12wt%鎢酸鈉、5wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫至95℃，再緩慢滴加90wt%濃硫酸，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的0.8倍，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰、雜多酸按照重量比1：8：4：3混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量20倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫至90℃反應(yīng)15h，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到雜多酸改性的耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒40份、硅粉8份、鋁粉4份、陶瓷纖維5份、石蠟5份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將雜多酸改性的耐磨顆粒與石蠟按照重量比10：0.5混合均勻，涂于坯體表面，涂覆厚度1mm，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料，燒制過程是：以升溫速率2℃/分升溫至1270℃，再保溫2小時(shí)，再以0.5℃/分然后升溫到1340℃，在此條件下保溫1小時(shí)，再自然冷卻。

實(shí)施例2

第1步，配制出含有15wt%鉬酸鈉、18wt%鎢酸鈉、8wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫至100℃，再緩慢滴加98wt%濃硫酸，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的1.2倍，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰、雜多酸按照重量比1： 10： 6：4混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量35倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫至110℃反應(yīng)30h，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到雜多酸改性的耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒50份、硅粉15份、鋁粉8份、陶瓷纖維10份、石蠟8份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將雜多酸改性的耐磨顆粒與石蠟按照重量比10： 1.5混合均勻，涂于坯體表面，涂覆厚度5mm，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料，燒制過程是：以升溫速率4℃/分升溫至1320℃，再保溫4小時(shí)，再以1℃/分然后升溫到1420℃，在此條件下保溫2小時(shí)，再自然冷卻。

實(shí)施例3

第1步，配制出含有12wt%鉬酸鈉、15wt%鎢酸鈉、6wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫至98℃，再緩慢滴加95wt%濃硫酸，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的1.1倍，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰、雜多酸按照重量比1：9：5：3混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量25倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫至95℃反應(yīng)18h，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到雜多酸改性的耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒45份、硅粉12份、鋁粉6份、陶瓷纖維7份、石蠟6份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將雜多酸改性的耐磨顆粒與石蠟按照重量比10：1.2混合均勻，涂于坯體表面，涂覆厚度3mm，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料，燒制過程是：以升溫速率3℃/分升溫至1280℃，再保溫3小時(shí)，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時(shí)，再自然冷卻。

對(duì)照例1

與實(shí)施例3的區(qū)別在于：未在表面涂覆雜多酸改性的耐磨顆粒。

第1步，配制出含有12wt%鉬酸鈉、15wt%鎢酸鈉、6wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫至98℃，再緩慢滴加95wt%濃硫酸，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的1.1倍，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰、雜多酸按照重量比1：9：5：3混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量25倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫至95℃反應(yīng)18h，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到雜多酸改性的耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒45份、硅粉12份、鋁粉6份、陶瓷纖維7份、石蠟6份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將雜多酸改性的耐磨顆粒與石蠟按照重量比10：1.2混合均勻，涂于坯體表面，涂覆厚度3mm，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料，燒制過程是：以升溫速率3℃/分升溫至1280℃，再保溫3小時(shí)，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時(shí)，再自然冷卻。

對(duì)照例2

與實(shí)施例3的區(qū)別在于：雜多酸未與有機(jī)金屬骨架反應(yīng)，而是直接與石蠟、有機(jī)金屬骨架混合后作為表面涂覆層。

第1步，配制出含有12wt%鉬酸鈉、15wt%鎢酸鈉、6wt%磷酸氫二鈉的水溶液，然后升溫至98℃，再緩慢滴加95wt%濃硫酸，濃硫酸的加入體積是水溶液體積的1.1倍，加熱回流，再用乙醚進(jìn)行萃取，將乙醚萃取液減壓除乙醚之后，用去離子水洗滌粗產(chǎn)物，室溫下干燥后，得到雜多酸；

第2步，將對(duì)苯二甲酸、硝酸釔、硝酸鈰按照重量比1：9：5混合均勻，得到混合物，再加入混合物重量25倍的N,N-二甲基甲酰胺，混合均勻后，升溫至95℃反應(yīng)18h，反應(yīng)結(jié)束后將固體物濾出，用N,N-二甲基甲酰胺對(duì)固體物洗滌之后，減壓干燥后得到耐磨顆粒；

第3步，將剛玉顆粒45份、硅粉12份、鋁粉6份、陶瓷纖維7份、石蠟6份混合均勻，置于模具中壓制成坯體；

第4步，將第2步得到的耐磨顆粒、第2步中硝酸釔用量1/3的雜多酸進(jìn)行預(yù)混合，得到預(yù)混合物，再將預(yù)混合物與石蠟按照重量比10：1.2混合均勻，涂于坯體表面，涂覆厚度3mm，將坯體再進(jìn)行燒制后，得到耐火耐磨材料，燒制過程是：以升溫速率3℃/分升溫至1280℃，再保溫3小時(shí)，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時(shí)，再自然冷卻。

以下根據(jù)GB/T23294-2009《耐磨耐火材料》中耐磨耐火磚檢測(cè)方法對(duì)上述實(shí)施例和對(duì)照例制備得到的材料進(jìn)行表征。

從上表中可以看出，本發(fā)明提供的耐磨耐火材料在高溫下使用時(shí)，具有較好的耐磨性能，遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值；實(shí)施例3相對(duì)于對(duì)照例1可以看出，通過加入了耐磨顆粒在材料表面，提高了耐磨和保溫性能；實(shí)施例3相對(duì)于對(duì)照例2可以看出，通過雜多酸直接在有機(jī)金屬骨架表面進(jìn)行修飾，可以使在原位上生成耐磨層，其效果優(yōu)于直接將雜多酸混合于表面涂層材料中，說明原位雜多酸修飾有利于表面顆粒的耐磨性。