ЦЕЛЬНОВОЛОКНИСТЫЙ КИРПИЧ ГОРЕЛКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
SOLID FIBER BURNER BRICK AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет китайской патентной заявки № 202011246915.2, зарегистрированной в Государственном офисе по интеллектуальной собственности 10 ноября 2020 г. и озаглавленной как «ЦЕЛЬНОВОЛОКНИСТЫЙ КИРПИЧ ГОРЕЛКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ», которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее раскрытие относится к области огнеупорных материалов, и в частности относится к цельноволокнистому кирпичу горелки и к способу его получения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] В настоящее время печь крекинга этилена в нефтехимической промышленности использует нижние, боковые и верхние горелки. Большинство используемых кирпичей горелки делается из корунда и тяжелых литых огнеупорных материалов. Хотя кирпичи горелки из вышеупомянутых двух материалов имеют высокую прочность и могут выдерживать сильное размывание при высокой температуре горелки природного газа в печи крекинга этилена, тяжелый литой огнеупор также имеет много недостатков, которые можно суммировать следующим образом:
[0004] (1) Объемная плотность является большой. Вес комплекта тяжелых кирпичей горелки составляет 270~300 кг, что увеличивает нагрузку на футеровку печи, особенно для кирпичей горелки в верхнем положении, их очень трудно закрепить, и требуются поддоны, опорные пластины и защитные пластины, что оценивается в 18 кг/комплект.
[0005] (2) Из-за большого веса его необходимо устанавливать по частям, его чрезвычайно сложно поднимать, и для установки требуется одновременно по меньшей мере 3 человека. Пространство для установки является малым, и операция является очень сложной.
[0006] (3) Он не является стойким к тепловому удару. Горелка может треснуть, и материал высокой плотности может упасть и причинить вред людям.
[0007] (4) Теплопроводность является высокой, что приводит к высокой температуре в горелке на внешней стенке печи.
[0008] Для решения вышеуказанных проблем в промышленности предлагается использование цельноволокнистого кирпича горелки. Цельноволокнистый кирпич горелки имеет небольшую объемную плотность, 70~100 кг/комплект, и прост в установке, требуется только шесть стальных уголков, что оценивается в 3 кг/комплект, и два человека могут выполнить все работы по установке. Цельноволокнистый кирпич горелки имеет низкую теплопроводность и хорошую стойкость к тепловому удару. Кроме того, он является энергосберегающим и имеет длительный срок службы. Однако существующий цельноволокнистый кирпич горелки все еще имеет следующие проблемы: не может быть достигнута прочность заготовки, необходимая для сопротивления высокотемпературному размыванию печным газом, влажная заготовка имеет плохую фильтруемость при всасывании, короткий срок службы и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] С учетом этого задачей настоящего изобретения является предложить цельноволокнистый кирпич горелки и способ его получения. Кирпич горелки, предлагаемый настоящим изобретением, может улучшить прочность и стойкость к высоким температурам, и является полезным для увеличения срока службы.
[0010] Настоящее изобретение предлагает цельноволокнистый кирпич горелки, содержащий цельноволокнистый корпус кирпича и покрытие, нанесенное на его поверхность;
[0011] цельноволокнистый корпус кирпича получен/выполнен из исходного материала, содержащего следующие компоненты в мас.%:
волокно из кристаллов глинозема 20% ~ 50%;
аморфное керамическое волокно 5% ~ 20%;
наполнитель из мелкодисперсного порошка 20% ~ 50%;
неорганическое связующее вещество 30% ~ 50%;
органическое связующее вещество 5% ~ 15%;
флокулянт 1% ~ 5%;
[0012] волокно из кристаллов глинозема состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в волокне из кристаллов глинозема составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%;
[0013] аморфное керамическое волокно состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в аморфном керамическом волокне составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%.
[0014] Предпочтительно наполнитель из мелкодисперсного порошка представляет собой мелкодисперсный порошок глинозема;
[0015] наполнитель из мелкодисперсного порошка состоит из частиц различных размеров, и массовая доля частиц наполнителя из мелкодисперсного порошка различных размеров в исходном материале составляет:
наполнитель с размером частиц 200~325 меш 10% ~ 20%;
наполнитель с размером частиц 1000 меш 10% ~ 30%.
[0016] Предпочтительно неорганическое связующее вещество представляет собой золь кремнезема и/или золь алюминия;
[0017] Органическое связующее вещество представляет собой крахмал.
[0018] Предпочтительно флокулянт представляет собой полиалюминийхлорид;
[0019] толщина корпуса цельноволокнистого кирпича составляет 250~550 мм;
[0020] толщина покрытия составляет 5~10 мм.
[0021] Предпочтительно покрытие формируется краской, содержащей следующие компоненты в мас.%:
стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%;
армирующий наполнитель 10% ~ 20%;
расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%;
наполнитель каркаса 7% ~ 30%;
нанопорошок 3% ~ 10%;
неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%;
неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%;
органическая добавка 3% ~ 15%; и
вода, составляющая 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов;
[0022] длина стойкого к высокой температуре неорганического волокна составляет 0,01~1 мм.
[0023] Предпочтительно в этом покрытии:
[0024] нанопорошок выбирается из одного или более порошков нанокремнезема и наноглинозема;
[0025] стойкое к высокой температуре неорганическое волокно выбирается из одного или более волокон с высоким содержанием алюминия, содержащих цирконий волокон и волокон из кристаллов глинозема.
[0026] Предпочтительно в этом покрытии:
[0027] армирующий наполнитель выбирается из одного или более порошков игольчатого микрокремнезема и пирофиллита;
[0028] расширяющийся при высокой температуре наполнитель выбирается из одного или более порошков кианита и силлиманита;
[0029] наполнитель каркаса выбирается из одного или более порошков глинозема, муллита, циркона и корунда.
[0030] Предпочтительно в этом покрытии:
[0031] неорганический суспендирующий агент представляет собой бентонит;
[0032] неорганическое связующее вещество выбирается из одного или более из золя алюминия, дигидрофосфата алюминия и золя кремнезема;
[0033] органическая добавка выбирается из одного или более из органического связующего вещества, антисептика и антифриза.
[0034] Настоящее изобретение также предлагает способ получения цельноволокнистого кирпича горелки, описанного в приведенных выше технических решениях, содержащий:
[0035] a) смешивание волокна из кристаллов глинозема, аморфного керамического волокна, неорганического связующего вещества, наполнителя из мелкодисперсного порошка, органического связующего вещества и воды для получения суспензии;
[0036] b) смешивание суспензии с флокулянтом, а затем выполнение вакуумной фильтрации и прессования для получения влажной заготовки;
[0037] c) сушку влажной заготовки для получения сухой заготовки; и
[0038] d) нанесение краски на поверхность сухой заготовки и сушку для получения цельноволокнистого кирпича горелки.
[0039] Предпочтительно на стадии a) концентрация суспензии составляет 1 ~ 15 мас.%; а на стадии c) прессование осуществляется так, чтобы толщина заготовки достигла 250~550 мм.
[0040] Настоящее изобретение предлагает цельноволокнистый кирпич горелки, который готовится путем смешивания волокна из кристаллов глинозема и аморфного керамического волокна, которые оба являются комбинацией волокон различной длины, и, кроме того, добавления наполнителей из мелкодисперсного порошка с различными размерами частиц и других добавок. Это делает внутреннюю структуру продукта более однородной, увеличивает объемную плотность продукта, а также улучшает фильтруемость всасывания волокнистой заготовки и способствует формованию и улучшению прочности заготовки. Поверхность корпуса кирпича дополнительно снабжается покрытием, которое может эффективно защитить волокно корпуса кирпича от суровых условий, повысить его устойчивость к высоким температурам и помочь продлить срок службы кирпича горелки.
[0041] Результаты эксперимента показывают, что предел прочности при растяжении при комнатной температуре кирпича горелки, предлагаемого настоящим изобретением, достигает более 1,1 МПа, предел прочности при сжатии при комнатной температуре достигает более 0,6 МПа, предел прочности при сжатии при высокой температуре достигает более 0,7 МПа, и абсолютное значение линейной усадки при нагреве составляет менее 0,8%.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0042] Настоящее изобретение предлагает цельноволокнистый кирпич горелки, содержащий цельноволокнистый корпус кирпича и покрытие, нанесенное на его поверхность;
[0043] цельноволокнистый корпус кирпича получен/выполнен из исходного материала, содержащего следующие компоненты в мас.%:
волокно из кристаллов глинозема 20% ~ 50%;
аморфное керамическое волокно 5% ~ 20%;
наполнитель из мелкодисперсного порошка 20% ~ 50%;
неорганическое связующее вещество 30% ~ 50%;
органическое связующее вещество 5% ~ 15%;
флокулянт 1% ~ 5%;
[0044] волокно из кристаллов глинозема состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в волокне из кристаллов глинозема составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%;
[0045] аморфное керамическое волокно состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в аморфном керамическом волокне составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%.
[0046] В настоящем раскрытии сумма массовых долей вышеуказанных компонентов предпочтительно составляет 100%.
[0047] Настоящее изобретение смешивает волокно из кристаллов глинозема и аморфное керамическое волокно, которые оба являются комбинацией волокон различной длины, и, кроме того, добавляет наполнители из мелкодисперсного порошка с различными размерами частиц и другие добавки. Это делает внутреннюю структуру продукта более однородной, увеличивает объемную плотность продукта, а также улучшает фильтруемость всасывания волокнистой заготовки и способствует формованию и улучшению прочности заготовки. Поверхность корпуса кирпича дополнительно снабжается покрытием, которое может эффективно защитить волокно корпуса кирпича от суровых условий, повысить его устойчивость к высоким температурам и помочь продлить срок службы кирпича горелки.
[0048] Что касается цельноволокнистого корпуса кирпича горелки:
[0049] В настоящем изобретении исходный материал волокна из кристаллов глинозема заранее обрабатывается до конкретной длины, и волокна с различной длиной объединяются. Таким образом, волокно из кристаллов глинозема состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в волокне из кристаллов глинозема составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%.
[0050] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения комбинация волокон из кристаллов глинозема является следующей:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 30%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 40%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 30%.
[0051] В настоящем изобретении волокно из кристаллов глинозема предпочтительно представляет собой одно или более из волокна из кристаллов глинозема 72, волокна из кристаллов глинозема 80 и волокна из кристаллов глинозема 95. В настоящем изобретении массовая доля волокна из кристаллов глинозема в исходном материале составляет 20% ~ 50%; и в некоторых вариантах осуществления 20%, 25% или 30%.
[0052] В настоящем изобретении исходный материал аморфного керамического волокна заранее обрабатывается до конкретной длины, и волокна с различной длиной объединяются. Таким образом, аморфное керамическое волокно состоит из комбинации волокон различной длины, и массовая доля волокон различной длины в аморфном керамическом волокне составляет:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 35%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 35% ~ 45%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 25% ~ 35%.
[0053] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения комбинация аморфных керамических волокон является следующей:
0,01 мм ≤ длина < 0,05 мм 25% ~ 30%;
0,05 мм ≤ длина < 0,1 мм 40%;
0,1 мм ≤ длина < 1 мм 30%.
[0054] В настоящем изобретении исходный материал аморфного керамического волокна предпочтительно представляет собой вату из волокон с высоким содержанием алюминия, получаемых методом выдувания, то есть вата из волокон с высоким содержанием алюминия, получаемых методом выдувания, перерабатывается в волокна различной длины для их объединения. В настоящем изобретении массовая доля аморфного керамического волокна в исходном материале составляет 5% ~ 20%; и в некоторых вариантах осуществления 5%, 10% или 20%.
[0055] В настоящем изобретении наполнитель из мелкодисперсного порошка предпочтительно представляет собой мелкодисперсный порошок глинозема. В настоящем изобретении массовая доля наполнителя из мелкодисперсного порошка в исходном материале цельноволокнистого корпуса кирпича составляет 20% ~ 50%; и в некоторых вариантах 20% или 25%.
[0056] В настоящем изобретении наполнитель из мелкодисперсного порошка состоит из частиц различных размеров, и массовая доля частиц наполнителя из мелкодисперсного порошка различных размеров в исходном материале цельноволокнистого корпуса кирпича предпочтительно составляет:
наполнитель с размером частиц 200~325 меш 10% ~ 20%;
наполнитель с размером частиц 1000 меш 10% ~ 30%.
[0057] В настоящем изобретении неорганическое связующее вещество предпочтительно представляет собой золь кремнезема и/или золь алюминия. В настоящем изобретении массовая доля неорганического связующего вещества в исходном материале цельноволокнистого корпуса кирпича составляет 30% ~ 50%; и в некоторых вариантах 30%, 35% или 40%.
[0058] В настоящем изобретении органическое связующее вещество предпочтительно представляет собой крахмал. В настоящем изобретении массовая доля крахмала в исходном материале цельноволокнистого корпуса кирпича составляет 5% ~ 15%; и в некоторых вариантах 5%, 6%, 7% или 8%.
[0059] В настоящем изобретении флокулянт предпочтительно представляет собой полиалюминийхлорид. В настоящем изобретении массовая доля флокулянта в исходном материале цельноволокнистого корпуса кирпича составляет 1% ~ 5%; и в некоторых вариантах 2%, 3%, 4% или 5%.
[0060] Что касается поверхностного покрытия кирпича горелки:
[0061] В дополнение к цельноволокнистому корпусу кирпича цельноволокнистый кирпич горелки, предлагаемый настоящим изобретением, также имеет покрытие на своей поверхности. В настоящем изобретении покрытие формируется краской, содержащей следующие компоненты в мас.%:
стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%;
армирующий наполнитель 10% ~ 20%;
расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%;
наполнитель каркаса 7% ~ 30%;
нанопорошок 3% ~ 10%;
неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%;
неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%;
органическая добавка 3% ~ 15%; и
вода, составляющая 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов;
[0062] длина стойкого к высокой температуре неорганического волокна составляет 0,01~1 мм.
[0063] Высокотемпературная нанокомпозитная краска, предлагаемая настоящим изобретением, готовится путем предварительной обработки волокна для контроля длины волокна и введения высокотемпературного армирующего наполнителя, расширяющегося при высокой температуре наполнителя, нанопорошка, неорганического суспендирующего агента и других добавок. Благодаря этим усовершенствованиям получаемая краска с высокотемпературной нанокомпозитной структурой имеет следующие характеристики. (1) Она обладает сверхвысокой прочностью и компактностью при высокой температуре, небольшой усадкой, отсутствием трещин, образующихся при высокой температуре, и может выдерживать сверхсильное разъедание воздушным потоком и эрозию под воздействием атмосферы крекинг-печи в нефтехимической промышленности; (2) Введение нанопорошка придает краске более богатую градацию размера частиц и более высокую проницаемость при распылении на поверхность волокнистой футеровки, достигая тем самым цели более прочного сцепления с волокнистой футеровкой; (3) Благодаря контролю градации длины волокна и размера частиц порошка, а также введению неорганического суспендирующего агента и других добавок краска становится однородной и стабильной, деликатной и гладкой и может достигать состояния текучести суспензии, аналогичного зубной пасте при экструзии, избегая осаждения и расслоения во время процесса укладки. Может быть реализована небольшая упаковка, и может быть сформирована форма перевернутого молотка при закреплении и укоренении в нижней части волокнистого модуля; (4) Краска обладает хорошей проницаемостью, хорошим сцеплением с футеровкой печи после распыления и особыми характеристиками закрепления и укоренения, что делает связывание краски и футеровки печи двойственно прочным, тем самым эффективно противодействуя размыванию воздушным потоком и продлевая срок службы футеровки печи.
[0064] В настоящем изобретении исходным материалом для устойчивого к высоким температурам неорганического волокна предпочтительно является одно или более из волокон с высоким содержанием глинозема, содержащих цирконий волокон и волокон из кристаллов глинозема. Среди них волокно из кристаллов глинозема предпочтительно представляет собой одно или более из волокна из кристаллов глинозема 72, волокна из кристаллов глинозема 80 и волокна из кристаллов глинозема 95.
[0065] В настоящем изобретении устойчивым к высоким температурам неорганическим волокном является вторично обработанное волокно, и настоящее изобретение управляет длиной волокна посредством обработки. В настоящем изобретении длина получаемого термостойкого неорганического волокна составляет 0,01~1 мм; а диаметр термостойкого неорганического волокна предпочтительно составляет 1~6 мкм.
[0066] В настоящем изобретении массовая доля термостойкого неорганического волокна в краске составляет 10%~50%, предпочтительно 15%~30%; и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения 15%, 20%, 25% или 30%.
[0067] В настоящем изобретении армирующий наполнитель представляет собой стойкий к высокой температуре армирующий наполнитель, предпочтительно один или более из порошка игольчатого микрокремнезема и порошка пирофиллита. Среди них соотношение сторон частиц порошка игольчатого микрокремнезема предпочтительно составляет (15~20):1. Размер частиц порошка пирофиллита предпочтительно составляет 200~300 меш. В настоящем изобретении нет никакого специального ограничения на источник высокотемпературного армирующего наполнителя, если он является обычным коммерческим продуктом.
[0068] В настоящем изобретении массовая доля армирующего наполнителя в краске составляет 10%~20%; и в некоторых вариантах осуществления 10%, 13%, 15% или 20%.
[0069] В настоящем изобретении расширяющийся при высокой температуре наполнитель предпочтительно представляет собой один или более из порошков кианита и силлиманита. В настоящем изобретении нет никакого специального ограничения на источник расширяющегося при высокой температуре наполнителя, если он является обычным коммерческим продуктом. В настоящем изобретении массовая доля расширяющегося при высокой температуре наполнителя в краске составляет 5% ~ 15%; и в некоторых вариантах осуществления 5%, 8% или 12%.
[0070] В настоящем изобретении наполнитель каркаса представляет собой стойкий к высокой температуре наполнитель каркаса, предпочтительно один или более из порошка глинозема, порошка муллита, порошка циркона и порошка корунда. В настоящем изобретении размер частиц наполнителя каркаса предпочтительно составляет 300-1000 меш. В настоящем изобретении нет никакого специального ограничения на источник наполнителя каркаса, если он является обычным коммерческим продуктом.
[0071] В настоящем изобретении массовая доля наполнителя каркаса в краске составляет 7%~30%; и в некоторых вариантах осуществления 7%, 10% или 15%.
[0072] В настоящем изобретении нанопорошок предпочтительно представляет собой один или более из порошков нанокремнезема и наноглинозема. В настоящем изобретении размер частиц нанопорошка предпочтительно составляет 1~100 нм. В настоящем изобретении нет никакого специального ограничения на источник нанопорошка, если он является обычным коммерческим продуктом.
[0073] В настоящем изобретении массовая доля нанопорошка в краске составляет 3%~10%; и в некоторых вариантах осуществления 3%, 5% или 8%.
[0074] В настоящем изобретении неорганический суспендирующий агент предпочтительно представляет собой бентонит. В настоящем изобретении массовая доля неорганического суспендирующего агента в краске составляет 0% ~ 20%; и в некоторых вариантах осуществления 0% или 5%.
[0075] В настоящем изобретении неорганическое связующее вещество выбирается из одного или более из золя алюминия, дигидрофосфата алюминия и золя кремнезема. В настоящем изобретении массовая доля неорганического связующего вещества в краске составляет 10%~50%; и в некоторых вариантах осуществления 25%, 37%, 40% или 41%.
[0076] В настоящем изобретении органическая добавка предпочтительно представляет собой одно или более из органического связующего вещества, антисептика и антифриза; и более предпочтительно органическая добавка представляет собой органическое связующее вещество, антисептик и антифриз. Среди них органическое связующее вещество предпочтительно представляет собой одно или более из крахмала, декстрина и целлюлозы. Антисептик предпочтительно является биоцидом. Антифриз предпочтительно представляет собой этиленгликоль.
[0077] В настоящем изобретении массовая доля органической добавки в краске составляет 3%~15%; и в некоторых вариантах осуществления 3% или 5%.
[0078] В настоящем изобретении полная масса вышеупомянутых стойкого к высокой температуре неорганического волокна, армирующего наполнителя, расширяющегося при высокой температуре наполнителя, наполнителя каркаса, нанопорошка, неорганического суспендирующего агента, неорганического связующего вещества и органической добавки предпочтительно составляет 100%. В дополнение к вышеупомянутым компонентам система краски содержит воду; в настоящем изобретении количество воды составляет 10%-50% от общего количества всех вышеупомянутых компонентов кроме воды; и в некоторых вариантах осуществления 15%, 25%, 30% или 35%.
[0079] Высокотемпературная нанокомпозитная краска, предлагаемая настоящим изобретением, использует волокна конкретной длины, а также вводит конкретный армирующий наполнитель и расширяющийся при высокой температуре наполнитель, так что она имеет сверхвысокую прочность при высоких температурах без образования трещин, вызываемого усадкой при высокой температуре. В дополнение к этому вводятся определенные наполнитель каркаса и наноструктурированные материалы, и синергетический эффект между вышеупомянутыми материалами делает состояние краски однородным и стабильным, избегая осаждения и расслоения в процессе укладки. Во время высокотемпературного использования краска прочно сцепляется с футеровкой печи, имеет малую высокотемпературную усадку и имеет барьер из твердой корки со сверхвысокой прочностью. Краска имеет малую усадку после обжига при высокой температуре, не дает трещин и прочно связывается с футеровкой печи, а также обладает высокой прочностью после высокотемпературного обжига, которая может эффективно противостоять размыванию воздушным потоком и эрозии атмосферой при нижнем, боковом и верхнем обжиге, защищая тем самым волоконный модуль от коррозии внешней средой и разрушения из-за хрупкости и предотвращая потери тепла печи во время высокотемпературной работы, чтобы продлить срок службы футеровки печи и снизить температуру наружной стенки печи, достигнув цели энергосбережения и снижения потребления. Высокотемпературная нанокомпозитная краска, предлагаемая настоящим изобретением, может использоваться в качестве специальной краски для цельноволокнистой структуры печи крекинга этилена, и обладает сверхвысокой прочностью, прочным сцеплением с волокнистой футеровкой и особым состоянием сцепления, реализуя тем самым удобство строительства и играя ключевую роль в замене кирпичной стены с цельноволокнистой структурой.
[0080] В настоящем изобретении вышеупомянутая краска может быть приготовлена следующим способом:
[0081] S1. смешивание стойкого к высоким температурам неорганического волокна, неорганического связующего вещества и воды для получения дисперсии волокна;
[0082] S2. смешивание дисперсии волокна с расширяющимся при высокой температуре наполнителем, армирующим наполнителем и наполнителем каркаса для получения суспензии; и
[0083] S3. смешивание суспензии с нанопорошком, неорганическим суспендирующим агентом и органической добавкой для получения краски.
[0084] Среди них на стадии S1 смешивание предпочтительно представляет собой смешивание при перемешивании; время перемешивания предпочтительно составляет 10~30 мин. На стадии S2 смешивание предпочтительно представляет собой смешивание при перемешивании; время перемешивания предпочтительно составляет 3~5 мин. На стадии S3 последовательность смешивания предпочтительно является следующей: сначала в суспензию добавляется нанопорошок, смешивается в течение 3-5 мин при перемешивании; затем добавляется неорганический суспендирующий агент и смешивается в течение 5~10 мин при перемешивании; и, наконец, добавляется органическая добавка и смешивается в течение 10~20 мин при перемешивании, чтобы получить покрытие.
[0085] В цельноволокнистом кирпиче горелки, предлагаемом настоящим изобретением, толщина цельноволокнистого корпуса кирпича предпочтительно составляет 250~550 мм; а толщина покрытия предпочтительно составляет 5~10 мм. В настоящем изобретении покрытие наносится на все наружные поверхности цельноволокнистого корпуса кирпича.
[0086] Настоящее изобретение также предлагает способ получения цельноволокнистого кирпича горелки, описанного в приведенных выше технических решениях, содержащий:
[0087] a) смешивание волокна из кристаллов глинозема, аморфного керамического волокна, неорганического связующего вещества, наполнителя из мелкодисперсного порошка, органического связующего вещества и воды для получения суспензии;
[0088] b) смешивание суспензии с флокулянтом, а затем выполнение вакуумной фильтрации и прессования для получения влажной заготовки;
[0089] c) сушку влажной заготовки для получения сухой заготовки; и
[0090] d) нанесение краски на поверхность сухой заготовки и сушку для получения цельноволокнистого кирпича горелки.
[0091] Что касается стадии a):
[0092] В настоящем изобретении волокна предварительно обрабатываются на смесовой машине для управления длиной волокон, а затем волокна с различными длинами объединяются и помещаются в исходный материал для использования. Типы и длины волокна из кристаллов глинозема и аморфного керамического волокна, а также соотношения волокон с различными длинами и т.д. соответствуют тем, которые описаны в приведенных выше технических решениях, и здесь не будут повторяться. Типы и количества неорганического связующего вещества и наполнителя из мелкодисперсного порошка также соответствуют тем, которые описаны в приведенных выше технических решениях, и здесь не будут повторяться.
[0093] Поскольку объем кирпича горелки является относительно большим, формируемая толщина составляет более 450 мм, и трудно увеличить толщину фильтрации всасывания до половины толщины, так что обычная фильтрация всасывания недоступна для достижения эффекта. Настоящее изобретение регулирует градацию длины волокна и прочность порошка, а также увеличивает фильтруемость всасывания пульпы. Перед влажным формованием волокно предварительно обрабатывается до заданного диапазона длины. Длина волокна контролируется так, чтобы она имела определенную градацию, что решает проблему, заключающуюся в том, что трудно контролировать длину волокна при его перемешивании в воде, в результате чего ватная масса становится слишком тонкой, чтобы ее можно было фильтровать с помощью вакуума, или слишком толстой, что приводит к неравномерной всасывающей фильтрации, а также к неравномерной внутренней структуре ватной заготовки из-за слишком малой объемной плотности ватной заготовки в процессе формования. Градация частиц порошкового наполнителя контролируется, что также способствует лучшему формированию ватной заготовки, когда влажная заготовка подвергается вакуумной фильтрации.
[0094] В настоящем изобретении, когда вышеуказанные материалы смешиваются, последовательность смешивания предпочтительно является следующей: волокно из кристаллов глинозема, аморфное керамическое волокно, неорганическое связующее вещество, наполнитель из мелкодисперсного порошка и органическое связующее вещество последовательно добавляются к воде в определенных пропорциях и перемешиваются до однородности. Настоящее изобретение не имеет особых ограничений на способ смешивания при условии, что материалы смешиваются обычным способом, хорошо известным специалистам в данной области техники. В настоящем изобретении предпочтительно управлять концентрацией суспензии, получаемой при смешивании, так, чтобы она составляла 1 ~ 15 мас.%.
[0095] Что касается стадии b):
[0096] В настоящем изобретении суспензия, полученная на стадии a), смешивается с флокулянтом для облегчения фильтрации. После добавления флокулянта в суспензию волокно, наполнитель из мелкодисперсного порошка и неорганическое связующее вещество вместе выпадают хлопьями, делая воду прозрачной. В настоящем изобретении температура, при которой добавляется флокулянт, предпочтительно составляет 5~40°C, а время предпочтительно составляет 1~5 мин. Флокулированная суспензия помещается в формовочный резервуар, а затем проводится вакуумная фильтрация для удаления лишней жидкости. После описанного выше формования вакуумной фильтрацией получается влажная заготовка. Настоящее изобретение отличается от формовочной матрицы предшествующего уровня техники описанным выше формованием вакуумной фильтрацией. В традиционном способе формования материал может подаваться для формования только сверху, тогда как в настоящем изобретении добавлено боковое всасывание, что делает заготовку более однородной и компактной.
[0097] В настоящем изобретении во время процесса формования добавляется процесс прессования для увеличения толщины формовочной матрицы. После того, как пульпа заполнит формовочную матрицу, в процесс окончательной сушки добавляется процесс прессования, и влажная заготовка прессуется во время вакуумной фильтрации, так что влажная заготовка становится более компактной и однородной, обеспечивая объемную плотность и прочность ватной заготовки.
[0098] Что касается стадии c):
[0099] В настоящем изобретении температура сушки предпочтительно составляет 80~120°C, а время сушки предпочтительно составляет 30~120 час. После сушки получается сухая заготовка.
[00100] Что касается стадии d):
[00101] В настоящем изобретении способ нанесения краски предпочтительно содержит: сначала пробивание отверстий на поверхности сухой заготовки и подачу клея в отверстия для укоренения краски, а затем нанесение краски на всю поверхность сухой заготовки. Настоящее изобретение не имеет особых ограничений на операции перфорации и укоренения краски, если они выполняются в соответствии с обычными операциями в данной области техники. Для примера, прямоугольный кирпич горелки (длина 500 мм × ширина 500 мм × высота 320 мм) включает в себя шесть поверхностей: сверху, снизу, слева, справа, спереди и сзади. Пробивка отверстий может выполняться, в частности, на поверхности обращенной к огню стенки и боковых стенок, вдоль вертикального направления обращенной к огню поверхности и боковых стенок. Начиная от края обращенной к огню поверхности, пробивка начинается с квадрата 50 мм, с отверстием через каждые 80 мм, по 5 отверстий в ряду, 5 рядов, всего 35 отверстий. Боковая стенка также пробивается этим методом, приблизительно 24 отверстия на каждой из четырех сторон, равномерно распределенных вдоль корпуса кирпича. Диаметр пробивания составляет 10 мм, а глубина - 20~50 мм. После пробивания отверстий производится вклейка в отверстие для укоренения краски. Краска представляет собой краску, описанную в приведенном выше техническом решении, и ее описание не будет здесь повторяться. После этого на поверхность сухой заготовки наносится краска и высушивается для образования покрытия. В настоящем изобретении температура сушки предпочтительно составляет 80~120°C, время сушки предпочтительно составляет 10~48 час; и толщина сформированного покрытия предпочтительно составляет 5~10 мм. После вышеуказанной обработки получается цельноволокнистый кирпич горелки.
[00102] Традиционные высокотемпературные цельноволокнистые продукты специальной формы используют проклеивание поверхности неорганическим связующим веществом для увеличения прочности ватной заготовки, что не может существенно защитить волокно ватной заготовки хлопка от неблагоприятных условий окружающей среды. Однако поверхностное покрытие принципиально исключает контакт суровой среды с цельноволокнистой заготовкой, тем самым значительно продлевая срок службы кирпича горелки.
[00103] Цельноволокнистый кирпич горелки, предлагаемый настоящим изобретением, обладает следующими полезными эффектами: комбинация материалов корпуса кирпича может увеличить объемную плотность продукта и улучшить фильтруемость всасывания волокнистой ватной заготовки, а также способствует формованию и повышению прочности заготовки. Поверхность корпуса кирпича дополнительно снабжается покрытием, которое может эффективно защитить волокно корпуса кирпича от суровых условий, повысить его устойчивость к высоким температурам и помочь продлить срок службы кирпича горелки, когда он используется в качестве кирпича горелки для печи крекинга этилена.
[00104] Для дальнейшего понимания настоящего изобретения его предпочтительные варианты осуществления будут описаны ниже вместе с примерами. Однако следует понимать, что эти описания предназначены только для дополнительной иллюстрации особенностей и преимуществ настоящего изобретения, а не для ограничения его формулы изобретения.
[00105] Пример 1
[00106] 1.1 Формула исходного материала для корпуса кирпича
Волокна из кристаллов глинозема 72: 20%;
Аморфное керамическое волокно 20%;
Наполнитель из мелкодисперсного порошка 20%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 30%;
Органическое связующее вещество - крахмал: 8%;
Флокулянт - полиалюминийхлорид: 2%;
[00107] Среди них:
[00108] Комбинация длин волокон из кристаллов кремнезема составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00109] Комбинация длин аморфного керамического волокна и полученного раздувом волокна с высоким содержанием алюминия составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00110] Наполнитель из мелкодисперсного порошка был мелким порошком глинозема, и комбинация размеров его частиц составляла: 200~325 меш 10%, 1000 меш 10%.
[00111] 1.2 Формула краски
Стойкое к высокой температуре неорганическое волокно: 15%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - игольчатый порошок микрокремнезема: 10%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - порошок кианита: 12%;
Высокотемпературный наполнитель каркаса - порошок глинозема: 10%;
Нанопорошок - нанокремнезем: 5%;
Неорганическое связующее вещество - золь алюминия: 40%;
Органическая добавка - 2% порошка целлюлозы, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Неорганический суспендирующий агент - бентонит: 5%;
Вода, составляющая 15% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[00112] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно с высоким содержанием глинозема, которое было переработано в короткое волокно. Полученное волокно имело длину 0,01~1 мм и диаметр 1~5 мкм.
[00113] Приготовление краски
[00114] Стойкое к высоким температурам неорганическое волокно взвешивалось и добавлялось в смеситель. Неорганическое связующее вещество и вода взвешивались, добавлялись и перемешивались в течение 20 мин для полного смачивания и диспергирования волокон. Затем последовательно добавлялись расширяющийся при высокой температуре наполнитель, армирующий наполнитель и наполнитель каркаса. После добавления смесь перемешивалась в течение 5 мин для полного диспергирования. Затем нанопорошок добавлялся и перемешивался в течение 5 мин. Неорганический суспендирующий агент добавлялся и перемешивался в течение 10 мин, чтобы он полностью расширился и играл суспендирующую роль. Наконец, органические добавки добавлялись и перемешивались в течение 20 мин для получения краски.
[00115] 1.3 Приготовление кирпича горелки
[00116] S1. Волокно из кристаллов глинозема и аморфное керамическое волокно с различными градациями длин, неорганическое связующее вещество, наполнитель из мелкодисперсного порошка и органическое связующее вещество добавлялись в воду в соответствующих пропорциях и однородно смешивались для того, чтобы получить суспензию с концентрацией 5 мас.%.
[00117] S2. Флокулянт добавлялся в суспензию для флокуляции других материалов до тех пор, пока вода не становилась прозрачной, для получения флокулированного материала.
[00118] S3. Флокулированный материал помещался в формовочный резервуар, и выполнялась вакуумная фильтрация. После формования влажная заготовка прессовалась до толщины 350 мм и транспортировалась в сушильную камеру для сушки при температуре 120°С в течение 120 час для получения сухой заготовки.
[00119] S4. Сухая заготовка резалась в размер с длиной 490 мм × шириной 480 мм × высотой 310 мм.
[00120] S5. На поверхность сухой заготовки наносилась краска, и конкретные стадии являются следующими: пробивание отверстий на поверхности сухой заготовки → укоренение краски → нанесение на поверхность сухой заготовки → сушка. Диаметр отверстия составлял 10 мм, а глубина - 30 мм. Толщина покрытия составляла 10 мм; температура сушки составляла 120°C при продолжительности 24 час. После вышеуказанной обработки получался кирпич горелки.
[00121] Пример 2
[00122] 1.1 Формула исходного материала для корпуса кирпича
Волокна из кристаллов глинозема 80: 25%;
Аморфное керамическое волокно 5%;
Наполнитель из мелкодисперсного порошка 25%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 35%;
Органическое связующее вещество - крахмал: 7%;
Флокулянт - полиалюминийхлорид: 3%;
[00123] Среди них:
[00124] Комбинация длин волокон из кристаллов кремнезема составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00125] Комбинация длин аморфного керамического волокна и полученного раздувом волокна с высоким содержанием алюминия составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00126] Наполнитель из мелкодисперсного порошка был мелким порошком глинозема, и комбинация размеров его частиц составляла: 200~325 меш 15%, 1000 меш 10%.
[00127] 1.2 Формула краски
Стойкое к высокой температуре неорганическое волокно: 20%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - порошок пирофиллита: 13%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - силлиманит: 5%;
Высокотемпературный наполнитель каркаса - порошок муллита: 15%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 3%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 41%;
Органическая добавка - 2% порошка крахмала, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Вода, составляющая 25% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[00128] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было содержащее цирконий волокно, которое было переработано в короткое волокно. Полученное волокно имело длину 0,01~2 мм и диаметр 1~6 мкм.
[00129] Приготовление краски: То же самое, что и в Примере 1.
[00130] 1.3 Приготовление кирпича горелки: То же самое, что и в Примере 1.
[00131] Пример 3
[00132] 1.1 Формула исходного материала для корпуса кирпича
Волокна из кристаллов глинозема 80: 30%;
Аморфное керамическое волокно 5%;
Наполнитель из мелкодисперсного порошка 20%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 35%;
Органическое связующее вещество - крахмал: 5%;
Флокулянт - полиалюминийхлорид: 5%;
[00133] Среди них:
[00134] Комбинация длин волокон из кристаллов кремнезема составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00135] Комбинация длин аморфного керамического волокна и полученного раздувом волокна с высоким содержанием алюминия составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00136] Наполнитель из мелкодисперсного порошка был мелким порошком глинозема, и комбинация размеров его частиц составляла: 200~325 меш 10%, 1000 меш 10%.
[00137] 1.2 Формула краски
Стойкое к высокой температуре неорганическое волокно: 25%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - игольчатый порошок микрокремнезема: 15%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - порошок кианита: 8%;
Высокотемпературный наполнитель каркаса - порошок циркона: 7%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 5%;
Неорганическое связующее вещество - жидкий дигидрофосфат алюминия: 37%;
Органическая добавка - 2% порошка декстрина, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Вода, составляющая 30% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[00138] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно из кристаллов глинозема 72, которое было переработано в короткое волокно. Полученное волокно имело длину 0,01~3 мм и диаметр 1~6 мкм.
[00139] Приготовление краски: То же самое, что и в Примере 1.
[00140] 1.3 Приготовление кирпича горелки: То же самое, что и в Примере 1.
[00141] Пример 4
[00142] 1.1 Формула исходного материала для корпуса кирпича
Волокна из кристаллов глинозема 80: 20%;
Аморфное керамическое волокно 10%;
Наполнитель из мелкодисперсного порошка 20%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 40%;
Органическое связующее вещество - крахмал: 6%;
Флокулянт - полиалюминийхлорид: 4%;
[00143] Среди них:
[00144] Комбинация длин волокон из кристаллов кремнезема составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00145] Комбинация длин аморфного керамического волокна и полученного раздувом волокна с высоким содержанием алюминия составляла: 0,01~0,05 мм 30%, 0,05~0,1 мм 40%, 0,1~1 мм 30%.
[00146] Наполнитель из мелкодисперсного порошка был мелким порошком глинозема, и комбинация размеров его частиц составляла: 200~325 меш 10%, 1000 меш 10%.
[00147] 1.2 Формула краски
Стойкое к высокой температуре неорганическое волокно: 30%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - порошок пирофиллита: 20%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - силлиманит: 5%;
Высокотемпературный наполнитель каркаса - порошок корунда: 7%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 8%;
Неорганическое связующее вещество - золь алюминия: 25%;
Органическая добавка - 3,5% порошка целлюлозы, 1% биоцида, 0,5% этиленгликоля: 5%;
Вода, составляющая 35% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[00148] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно из кристаллов глинозема 95, которое было переработано в короткое волокно. Полученное волокно имело длину 0,01~3 мм и диаметр 1~6 мкм.
[00149] Приготовление краски: То же самое, что и в Примере 1.
[00150] 1.3 Приготовление кирпича горелки: То же самое, что и в Примере 1.
[00151] Пример 5
[00152] Были протестированы характеристики кирпичей горелки, полученных в Примерах 1~4, и продукт цельноволокнистого кирпича горелки предшествующего уровня техники (производства компании Unifrax Co., Ltd.) использовался в качестве контрольного образца для сравнения характеристик. Результаты показаны в Таблице 1.
Таблица 1. Характеристики кирпича горелки Примеров 1-4
Предел прочности при растяжении при комнатной температуреМПа
Предел прочности при сжатии при комнатной температуре(Сжатие 10%) МПа
Прочность при сжатии после обжига,1350°C×3 час(Сжатие 10%) МПа
Линейная усадка при нагреве1350°C×3 час%
Пример 1
1,17
0,6
0,773
+0,2
Пример 2
1,10
0,65
0,85
+0,3
Пример 3
1,15
0,70
0,80
+0,5
Пример 4
1,2
0,75
0,95
+0,8
Контрольный образец
0,93
0,38
0,682
-2,4
[00153] Из приведенных выше результатов испытаний видно, что по сравнению с существующим цельноволокнистым кирпичом горелки кирпич горелки, предлагаемый настоящим изобретением, может значительно улучшить предел прочности при растяжении и предел прочности при сжатии при комнатной температуре, а также предел прочности при сжатии при высокой температуре, и уменьшить линейную усадку при нагреве, значительно улучшая характеристики кирпича горелки.
[00154] Приведенное выше описание примеров используется только для облегчения понимания способа и основной концепции настоящего изобретения. Различные модификации к вариантам осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Общий принцип, определенный в настоящем документе, может быть осуществлен в других вариантах осуществления без отступлений от духа или области охвата настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, показанными в настоящем документе, но должно обладать самой широкой областью охвата, согласующейся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в настоящем документе.