裂解炉高强轻质浇注料的研制
刘玉瑛、刘伟、蔡国庆、孙伟山东鲁耐窑业有限责任公司
淄博２５５２００
摘要本文主要介绍了裂解炉用高强轻质浇注料的研制，研究了颗粒级配、微粉、中间介质等对浇注料
性能的影响。通过优化配方，研制出裂解炉用高强轻质浇注料。
关奠词裂解炉、ａＥ强轻莎浇注料、颗粒级配、微粉、中间介质ｐ＾
、
Ｋ
乙烯裂解炉炉温高达１４００＂Ｃ，使用的轻质浇注料既要求具有很高的强度（１１０＂Ｃ×２４ｈ耐压强度≥３０Ｍｐａ，１３５０＂Ｃ×３ｈ烧后耐压强度≥３０Ｍｐａ），又要具有很低的体积密度（体积密度≤１．６９／ｃｍ３）。对于轻质浇注料，隔热性能和高强度是两个存在一定矛盾的指标。传统的轻质浇注料不能满足裂解炉的使用要
求，为此我们以优质高铝轻质骨料、铝酸钙水泥为原料，采用合理的颗粒级配，利用微粉技术和合适的中
间介质，研制出适合使用要求的高强轻质浇注料。在某石化烯烃裂解炉上使用，该浇注料以其优良的施工性能和使用效果得到了用户的好评。
ｌ
高强轻质浇注料的研制
１．１原料的选择
采用高铝轻质骨料、铝酸钙水泥和进口微粉、中间介质及高效外加剂作为原料。高铝轻质骨料必须具有纯度高、烧结好、吸水率低的特点。铝酸钙水泥选择低温强度高、凝结时间较长的水泥，以利于施工。各种微粉要求纯度高，粒度细，中间介质ｚＰ要求具有体积密度小。粒度采用＜ｏ．５ｍｍ的统料。原料的理化
指标见表１
裹１
原料名称高铝轻质骨料铝酸钙水泥Ｑ—Ａ１２０３徽粉（双峰）
ＡｌｚＯｓ
Ｓｉ０２
Ｆｅｚ０３１．８ｌＯ．１８Ｏ．２２０．１８０．４６ｎ８４
３．８０
Ｒ２０
∞
３ｎ５５
其它
５６．３１
７１．２６９９．５５
３５．”
０．３０
吸水事１４．１％，筒压强度６～７ＭＰａ
Ｏ．０３
９７．８５９２．７６９０．８４
０．０９０．２０
１．５１０．５５
Ｏ．１５０．４１
０．８２
比表面积３．９ｍ２／ｇ体积密度３８０ｋｇ／ｍ３体积密度４２０ｋｇ／ｍ３体积密度４５０ｋｇ／ｍ３
ｓｉＱ微粉Ａｓｉ晚微粉Ｂ
ｓｉ０２微粉Ｃ中间介质ＺＰ
２７．５４
Ｏ．５６
５５．５３
１．２试验工艺１，２．１原料配比
各种原料配比见表２
袁２
原
料
名
称
１０～５ｍｍ
ｌ静３０
２社２５２５８２６７ｂ４ａ５ｃ
３＃２０３０
错
２２２８８
高铝轻质骨料
（％）
５～１ｍｍ
２０
８２６
１～０ｍｍ
８
２６
铝酸钙水泥（％）Ｑ—Ａ１２０３微粉（％）ｓｉ０２微粉（％）中间介质ＺＰ（％）外加剂（％）
２６
７ｂ４ａ５ｅ
７ｂ
４ａ
７ｂ
４ａ
５ｃ
０．５１
５ｃ
Ｏ．５８０．５３０．５５
１．２．２试样制备
根据试验配方，准确配料后将料混合均匀，用铁模型（模型尺寸为７０ｍｍ×７０ｍｍ×７０ｍｍ和４０ｎｕｎＸ
４０ｒａｍ．Ｘ
１６０ｒａｍ）振动成型，２４小时脱模，自然养护９６～１２０小时，１１０＂Ｃ×２４小时干燥，部分试块在１３５０
℃×３ｈ烧成，然后按标准规定测定试样的性能。
１．２．３试样理化指标
试样理化指标见表３
衰３
试样理化指标
ｌ＃
揣
４６．０１
１．８１
１．５７１．５５
３＃
错
４６．４３１．７４１．５７
Ａ１２０２．％
化学成份
Ｆｅ２０２，％
１１０℃×２４１１
４５．９０４６．５１
１．８０１．５８
１．７８
１．５４ｔ．Ｓ３－０．１８
体积密度（ｇ／ｅｒａ３）
ｉ３卯℃×抽
烧后线变化率（１３５０＂（２×３ｈ）％耐压强度
（ＭＰａ）
ｌｌＯ℃×２４ｈ１３５０℃×３ｈ
１．卯
－Ｏ．１９２６７
３０．２
１．５７－０．１４
３２．６３３．４
－０．２３２５．４
２６．４
１９．８
２０．４
导热系数（１０００＂（２，ｗ／ｍ・ｋ）
０．４５０．４８
ｎ４１
０．４３
２结果与讨论
２．１颗粒级配对浇洼料性能的影响
从表三可看出，最佳的颗粒级配对轻质浇注料形成高强度显得尤为重要，１恸与倔方相比，体积密
ｌ＃配方的常温耐压强度从１９．８ＭＰａ提高到３２．６ＭＰａ，说明选
度分别为１．５４ｅｄｃｍ３、１．５７９／ｅｒａ３，而＇４＃［ｄｚｈ－择最佳颗粒配比，可得到高强轻质浇注料。
２．２
Ｓｉ０２微粉对浇注料性能的影响
２．２．１硅微粉中杂质含量对浇注料性能流动性能的影响
取等量ＳｉＯ：微粉Ａ、Ｂ、Ｃ，采用矿配方，测流动值结果如下
ｌＳｉ０２微粉种类Ｓｉ０２微粉加量
流动值
％
Ａ４ａ
Ｂ４ａ１０６
Ｃ４ａ
ｌｌ
１２２１１０
在浇注料中，ｓｉ０２微粉的引入可大大提高浇注料的流动性，杂质成份中Ｃａ“、Ｍｇ“、Ｎａ＋等离子影响胶体中的双电层结构，使离子之间的吸附能力增强，从而导致浇注料颗粒之间内阻较大，造成流动性较差。
２．２．２
Ｓｉ０２微粉加量对浇注料耐压强度和体积密度的影响
采用错配方，加入不等量的Ｓｉ０２微粉Ａ２ａ％、３ａ％、４ａ％、５ａ％，测定１３５０。ＣＸ３ｈ烧后常温耐压强度
和体积密度如下图：
４０
－
∞
．
１
罡毒
呕乎怔多咂驴Ｉ匪
彳４
ｒ１＿８：『叫
辩
呻
蕾２０出
窿１０
●
Ｊ
鲁
乏
０
２ａｇ
３ａ％
４ａｉ
５ａ％
圈Ｉ
Ｓｉ０２微粉加量对浇注料常温耐压强度和体积密度的影响
随着ｓｉ０２微粉加量的增加，１３５００ＣＸ３ｈ烧后耐压强度显著提高，但体积密度随之增大，加入量为４ａ％
最佳。ｓｉ０２，微粉具有较好的活性，提高了浇注料的流动性，改善了浇注料的内部结构，这是耐压强度提高的原因之一；另外，Ｓｉ０２微粉与ａ－－Ａ１２０３微粉在烧成时形成针状奠来石相，这也是烧后耐压强度提高的
原因。但Ｓｉ０２微粉的加入，填充了轻质浇注料的气孔，流动性增大的同时，体积密度增加。
２．３
Ｑ．Ａ１２０ｓ微粉对浇注料性能的影响
ａ－ｈｈ０３微粉和ｓｉ０２微粉同时加入可将生成奠来石相的温度提前到１０００＂Ｃ左右，１３５０℃时已有大量针状莫来石相生成，并相互交错，骨料与基质紧密结合，使浇注料形成高强度。另外，Ａ１２０ｓ还与水泥中
的ＣａＯ反应生成ＣＡ、ｃＡ２、ｃＡ６等，并伴随有一定的体积膨胀，与莫来石生成体积膨胀一起作用，弥补
了轻质浇注料商水分造成的体积收缩，使轻质浇注料具有较好的体积稳定性，提高了浇注料的使用性能。
２，４中间介质ＺＰ对浇注料性能的影响
虽然复合微料的加入可大大改善浇注料的性能，但由于复合微料的加入，往往使轻质浇注料在施工时
轻质骨料和细粉分层，影响浇注料的施工和使用性能，我们在浇注料中引入了中间介质ＺＰ，解决了这一
难题。中间介质的引入，可使细粉和轻质骨料在浇注料中分布均匀，且可适当降低浇注料的体积密度，又不显著影响其强度。
３工艺优化
通过以上试验，我们认为在４’配方中加入Ｓｉ０２微粉（Ａ）４ａ％为最佳配方，测定浇注料性能见表４。
表４
高强轻质浇注科
实测性能
某石化设计院设计性能
４６．５
≥４５化学成份，％
Ａ１２０３
Ｆｅ≈Ｏａ
ｌ８３
≤２体积密度，耐
１１０℃×２４ｈ
１．５８
≤１６０
１３５０℃ｘ３ｈ
１．５８≤１．６０烧后线变化率，％１３５０℃×３ｈ
．０．１１
±０．３
１１０℃×２４ｈ３２．２≥３０耐压强度．ＭＰａ１３５０℃×３ｈ３３．８≥３０导热系数，Ｗ／ｍ・Ｋ
１０００℃
、
０．５４
≤０６
４结论
４．１选择最佳的颗粒级配，是研制高强轻质浇注料的首要条件。
４．２
Ｓｉ０２微粉的种类和加入量对轻质浇注料的性能有重要影响。
４．３复合微粉的ＪＪｎ，，ｋ是轻质浇注料形成高强度的关键。
４．４中间介质四的引入解决了轻质浇注料的分层问题。
’
４．５本试验研制的高强轻质浇注料具有高强度、耐高温、低导热、较好的高温体积稳定性，是石化行业裂
解炉及类似工况高温窑炉理想的环保节能材料。
裂解炉高强轻质浇注料的研制
刘玉瑛、刘伟、蔡国庆、孙伟山东鲁耐窑业有限责任公司
淄博２５５２００
摘要本文主要介绍了裂解炉用高强轻质浇注料的研制，研究了颗粒级配、微粉、中间介质等对浇注料
性能的影响。通过优化配方，研制出裂解炉用高强轻质浇注料。
关奠词裂解炉、ａＥ强轻莎浇注料、颗粒级配、微粉、中间介质ｐ＾
、
Ｋ
乙烯裂解炉炉温高达１４００＂Ｃ，使用的轻质浇注料既要求具有很高的强度（１１０＂Ｃ×２４ｈ耐压强度≥３０Ｍｐａ，１３５０＂Ｃ×３ｈ烧后耐压强度≥３０Ｍｐａ），又要具有很低的体积密度（体积密度≤１．６９／ｃｍ３）。对于轻质浇注料，隔热性能和高强度是两个存在一定矛盾的指标。传统的轻质浇注料不能满足裂解炉的使用要
求，为此我们以优质高铝轻质骨料、铝酸钙水泥为原料，采用合理的颗粒级配，利用微粉技术和合适的中
间介质，研制出适合使用要求的高强轻质浇注料。在某石化烯烃裂解炉上使用，该浇注料以其优良的施工性能和使用效果得到了用户的好评。
ｌ
高强轻质浇注料的研制
１．１原料的选择
采用高铝轻质骨料、铝酸钙水泥和进口微粉、中间介质及高效外加剂作为原料。高铝轻质骨料必须具有纯度高、烧结好、吸水率低的特点。铝酸钙水泥选择低温强度高、凝结时间较长的水泥，以利于施工。各种微粉要求纯度高，粒度细，中间介质ｚＰ要求具有体积密度小。粒度采用＜ｏ．５ｍｍ的统料。原料的理化
指标见表１
裹１
原料名称高铝轻质骨料铝酸钙水泥Ｑ—Ａ１２０３徽粉（双峰）
ＡｌｚＯｓ
Ｓｉ０２
Ｆｅｚ０３１．８ｌＯ．１８Ｏ．２２０．１８０．４６ｎ８４
３．８０
Ｒ２０
∞
３ｎ５５
其它
５６．３１
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０．３０
吸水事１４．１％，筒压强度６～７ＭＰａ
Ｏ．０３
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０．０９０．２０
１．５１０．５５
Ｏ．１５０．４１
０．８２
比表面积３．９ｍ２／ｇ体积密度３８０ｋｇ／ｍ３体积密度４２０ｋｇ／ｍ３体积密度４５０ｋｇ／ｍ３
ｓｉＱ微粉Ａｓｉ晚微粉Ｂ
ｓｉ０２微粉Ｃ中间介质ＺＰ
２７．５４
Ｏ．５６
５５．５３
１．２试验工艺１，２．１原料配比
各种原料配比见表２
袁２
原
料
名
称
１０～５ｍｍ
ｌ静３０
２社２５２５８２６７ｂ４ａ５ｃ
３＃２０３０
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高铝轻质骨料
（％）
５～１ｍｍ
２０
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１～０ｍｍ
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铝酸钙水泥（％）Ｑ—Ａ１２０３微粉（％）ｓｉ０２微粉（％）中间介质ＺＰ（％）外加剂（％）
２６
７ｂ４ａ５ｅ
７ｂ
４ａ
７ｂ
４ａ
５ｃ
０．５１
５ｃ
Ｏ．５８０．５３０．５５
１．２．２试样制备
根据试验配方，准确配料后将料混合均匀，用铁模型（模型尺寸为７０ｍｍ×７０ｍｍ×７０ｍｍ和４０ｎｕｎＸ
４０ｒａｍ．Ｘ
１６０ｒａｍ）振动成型，２４小时脱模，自然养护９６～１２０小时，１１０＂Ｃ×２４小时干燥，部分试块在１３５０
℃×３ｈ烧成，然后按标准规定测定试样的性能。
１．２．３试样理化指标
试样理化指标见表３
衰３
试样理化指标
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４６．０１
１．８１
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Ａ１２０２．％
化学成份
Ｆｅ２０２，％
１１０℃×２４１１
４５．９０４６．５１
１．８０１．５８
１．７８
１．５４ｔ．Ｓ３－０．１８
体积密度（ｇ／ｅｒａ３）
ｉ３卯℃×抽
烧后线变化率（１３５０＂（２×３ｈ）％耐压强度
（ＭＰａ）
ｌｌＯ℃×２４ｈ１３５０℃×３ｈ
１．卯
－Ｏ．１９２６７
３０．２
１．５７－０．１４
３２．６３３．４
－０．２３２５．４
２６．４
１９．８
２０．４
导热系数（１０００＂（２，ｗ／ｍ・ｋ）
０．４５０．４８
ｎ４１
０．４３
２结果与讨论
２．１颗粒级配对浇洼料性能的影响
从表三可看出，最佳的颗粒级配对轻质浇注料形成高强度显得尤为重要，１恸与倔方相比，体积密
ｌ＃配方的常温耐压强度从１９．８ＭＰａ提高到３２．６ＭＰａ，说明选
度分别为１．５４ｅｄｃｍ３、１．５７９／ｅｒａ３，而＇４＃［ｄｚｈ－择最佳颗粒配比，可得到高强轻质浇注料。
２．２
Ｓｉ０２微粉对浇注料性能的影响
２．２．１硅微粉中杂质含量对浇注料性能流动性能的影响
取等量ＳｉＯ：微粉Ａ、Ｂ、Ｃ，采用矿配方，测流动值结果如下
ｌＳｉ０２微粉种类Ｓｉ０２微粉加量
流动值
％
Ａ４ａ
Ｂ４ａ１０６
Ｃ４ａ
ｌｌ
１２２１１０
在浇注料中，ｓｉ０２微粉的引入可大大提高浇注料的流动性，杂质成份中Ｃａ“、Ｍｇ“、Ｎａ＋等离子影响胶体中的双电层结构，使离子之间的吸附能力增强，从而导致浇注料颗粒之间内阻较大，造成流动性较差。
２．２．２
Ｓｉ０２微粉加量对浇注料耐压强度和体积密度的影响
采用错配方，加入不等量的Ｓｉ０２微粉Ａ２ａ％、３ａ％、４ａ％、５ａ％，测定１３５０。ＣＸ３ｈ烧后常温耐压强度
和体积密度如下图：
４０
－
∞
．
１
罡毒
呕乎怔多咂驴Ｉ匪
彳４
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●
Ｊ
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Ｓｉ０２微粉加量对浇注料常温耐压强度和体积密度的影响
随着ｓｉ０２微粉加量的增加，１３５００ＣＸ３ｈ烧后耐压强度显著提高，但体积密度随之增大，加入量为４ａ％
最佳。ｓｉ０２，微粉具有较好的活性，提高了浇注料的流动性，改善了浇注料的内部结构，这是耐压强度提高的原因之一；另外，Ｓｉ０２微粉与ａ－－Ａ１２０３微粉在烧成时形成针状奠来石相，这也是烧后耐压强度提高的
原因。但Ｓｉ０２微粉的加入，填充了轻质浇注料的气孔，流动性增大的同时，体积密度增加。
２．３
Ｑ．Ａ１２０ｓ微粉对浇注料性能的影响
ａ－ｈｈ０３微粉和ｓｉ０２微粉同时加入可将生成奠来石相的温度提前到１０００＂Ｃ左右，１３５０℃时已有大量针状莫来石相生成，并相互交错，骨料与基质紧密结合，使浇注料形成高强度。另外，Ａ１２０ｓ还与水泥中
的ＣａＯ反应生成ＣＡ、ｃＡ２、ｃＡ６等，并伴随有一定的体积膨胀，与莫来石生成体积膨胀一起作用，弥补
了轻质浇注料商水分造成的体积收缩，使轻质浇注料具有较好的体积稳定性，提高了浇注料的使用性能。
２，４中间介质ＺＰ对浇注料性能的影响
虽然复合微料的加入可大大改善浇注料的性能，但由于复合微料的加入，往往使轻质浇注料在施工时
轻质骨料和细粉分层，影响浇注料的施工和使用性能，我们在浇注料中引入了中间介质ＺＰ，解决了这一
难题。中间介质的引入，可使细粉和轻质骨料在浇注料中分布均匀，且可适当降低浇注料的体积密度，又不显著影响其强度。
３工艺优化
通过以上试验，我们认为在４’配方中加入Ｓｉ０２微粉（Ａ）４ａ％为最佳配方，测定浇注料性能见表４。
表４
高强轻质浇注科
实测性能
某石化设计院设计性能
４６．５
≥４５化学成份，％
Ａ１２０３
Ｆｅ≈Ｏａ
ｌ８３
≤２体积密度，耐
１１０℃×２４ｈ
１．５８
≤１６０
１３５０℃ｘ３ｈ
１．５８≤１．６０烧后线变化率，％１３５０℃×３ｈ
．０．１１
±０．３
１１０℃×２４ｈ３２．２≥３０耐压强度．ＭＰａ１３５０℃×３ｈ３３．８≥３０导热系数，Ｗ／ｍ・Ｋ
１０００℃
、
０．５４
≤０６
４结论
４．１选择最佳的颗粒级配，是研制高强轻质浇注料的首要条件。
４．２
Ｓｉ０２微粉的种类和加入量对轻质浇注料的性能有重要影响。
４．３复合微粉的ＪＪｎ，，ｋ是轻质浇注料形成高强度的关键。
４．４中间介质四的引入解决了轻质浇注料的分层问题。
’
４．５本试验研制的高强轻质浇注料具有高强度、耐高温、低导热、较好的高温体积稳定性，是石化行业裂
解炉及类似工况高温窑炉理想的环保节能材料。