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，帶負荷能力強，燃燒穩(wěn)定的特點。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火器、點火風(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，磨損嚴重，因此這里的爐墻要選用高強耐磨澆注料，要求內(nèi)襯材料強度高，耐磨性好，不裂紋、抗剝落。
技術(shù)實現(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材料中的有機金屬骨架材料進行修飾后，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，升溫進行反應(yīng)的溫度是90～110℃，反應(yīng)時間是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，再以0.5～1℃/分然后升溫到1340～1420℃，在此條件下保溫1～2小時，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具有耐火耐磨性能好的優(yōu)點，其中通過雜多酸引入有機金屬骨架，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，實現(xiàn)了耐火耐磨的效果，優(yōu)于直接將材料混合。
具體實施方式
實施例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，再以0.5℃/分然后升溫到1340℃，在此條件下保溫1小時，再自然冷卻。
實施例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，再以1℃/分然后升溫到1420℃，在此條件下保溫2小時，再自然冷卻。
實施例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，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時，再自然冷卻。
對照例1
與實施例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，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時，再自然冷卻。
對照例2
與實施例3的區(qū)別在于：雜多酸未與有機金屬骨架反應(yīng)，而是直接與石蠟、有機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，再以0.7℃/分然后升溫到1380℃，在此條件下保溫2小時，再自然冷卻。
以下根據(jù)GB/T23294-2009《耐磨耐火材料》中耐磨耐火磚檢測方法對上述實施例和對照例制備得到的材料進行表征。
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，具有較好的耐磨性能，遠優(yōu)于標(biāo)準值；實施例3相對于對照例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；實施例3相對于對照例2可以看出，通過雜多酸直接在有機金屬骨架表面進行修飾，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。