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輕質(zhì)澆注料主要應(yīng)用于各種熔煉爐的安全襯，或是冶金、石化行業(yè)氣氛爐的內(nèi)襯。傳統(tǒng)的輕質(zhì)澆注料存在高溫收縮大、強(qiáng)度低、隔熱性能不夠好、使用溫度不高等問(wèn)題，使其使用效果受限，更難以達(dá)到高溫窯爐工作襯的使用要求。由于我國(guó)鋁硅質(zhì)資源豐富，價(jià)格相對(duì)低廉，高鋁質(zhì)的輕質(zhì)耐火材料目前廣泛應(yīng)用于高溫工業(yè)。因此，以Al2O3-SiO2系原料為主，開(kāi)發(fā)滿足使用溫度在1200～1500℃范圍內(nèi)的、具有較高性價(jià)比的高性能輕質(zhì)澆注料是本項(xiàng)目工作的重點(diǎn)。
1、輕質(zhì)骨料的選擇
近年來(lái)研究者對(duì)多種輕質(zhì)骨料進(jìn)行了研究，如：蛭石、珍珠巖、陶粒、耐火輕骨料、耐火纖維、空心球等。以這些輕骨料制得的輕質(zhì)耐火澆注料各有各的適用范圍，蛭石、珍珠巖可以制得容重很小、保溫性能優(yōu)良的澆注料，但使用溫度較低;陶粒澆注料不但使用溫度較低而且容重也較大，但有較高的強(qiáng)度;耐火纖維可以制得保溫性能良好的澆注料，但是強(qiáng)度較差，使用溫度也較低;耐火輕骨料可以制造適合多種溫度使用的澆注料，而且強(qiáng)度高，但是容重較大，保溫性能稍差。大部分天然輕質(zhì)骨料，由于其天然形成過(guò)程的不可控因素，使得自身的結(jié)構(gòu)存在一定程度的缺陷，成分不穩(wěn)定且雜質(zhì)含量較高，導(dǎo)致各部分性質(zhì)不勻，使用溫度受到限制，一般均不高于1200℃。
鑒于天然輕質(zhì)骨料的弊端，本文開(kāi)發(fā)高性能輕質(zhì)澆注料立足于采用人工合成的輕質(zhì)骨料。人工合成輕質(zhì)骨料的純度高、成分均勻，高溫性能更為優(yōu)越。如電熔噴吹氧化鋁空心球、復(fù)相空心球、微孔莫來(lái)石等。對(duì)于1200～1500℃的目標(biāo)使用溫度范圍，氧化鋁空心球類輕骨料存在Al2O3含量富余及價(jià)格昂貴等問(wèn)題，因此，本工作中對(duì)輕質(zhì)骨料的選擇以合成微孔輕質(zhì)莫來(lái)石骨料及復(fù)相空心球?yàn)橹?。兩種輕質(zhì)骨料的理化指標(biāo)如表1所示。
表1 兩種輕質(zhì)骨料的性能指標(biāo)
2、實(shí)驗(yàn)方案
2.1主要原料
本工作所用原料除合成輕質(zhì)莫來(lái)石和復(fù)相空心球以外，還有高鋁礬土熟料、漂珠、藍(lán)晶石、二氧化硅微粉、氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、礬土生粉、紅柱石等。原料的化學(xué)分析如表2所示。
表2 所用原料的化學(xué)成分(wt%)
2.2試驗(yàn)配方
在該部分輕質(zhì)骨料的優(yōu)選工作中，以復(fù)相空心球逐漸替代輕質(zhì)莫來(lái)石，替代量從0增加至40%，具體配方如表3所示。
表3 輕質(zhì)骨料優(yōu)選試驗(yàn)配方(wt%)
2.3制樣過(guò)程
按表3的比例準(zhǔn)確稱量各種原料，加入攪拌機(jī)中先干混2min，后加水?dāng)嚢杈鶆?，振?dòng)澆注成40mm×40mm×160mm的條形樣，養(yǎng)護(hù)24h再經(jīng)110℃×24h烘干，1350℃×3h熱處理后備用。分別按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體積密度、加熱永久線變化、常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)。
3、結(jié)果與討論
3.1骨料種類對(duì)輕質(zhì)澆注料抗折強(qiáng)度的影響
輕質(zhì)澆注料中，澆注料的主要部分靠輕質(zhì)骨料來(lái)支撐，因此如果骨料的強(qiáng)度偏低，勢(shì)必造成澆注料的強(qiáng)度偏低。
圖1為不同溫度處理后的Q1和Q5常溫強(qiáng)度。其中，CMOR為常溫抗折強(qiáng)度，CCS為常溫耐壓強(qiáng)度。
圖1 經(jīng)不同溫度處理后Q1和Q5的常溫強(qiáng)度
可以看出，由于骨料復(fù)相空心球的強(qiáng)度明顯高于輕質(zhì)莫來(lái)石骨料的強(qiáng)度，因此選用復(fù)相空心球作骨料的試樣Q5的強(qiáng)度明顯高于輕質(zhì)莫來(lái)石骨料的試樣Q1的強(qiáng)度。因此，為保證輕質(zhì)澆注料足夠的常溫及高溫強(qiáng)度，本次實(shí)驗(yàn)骨料選用輕質(zhì)莫來(lái)石和復(fù)相空心球復(fù)合使用。
3.2復(fù)相空心球比例對(duì)輕質(zhì)澆注料體積密度的影響
圖2為用復(fù)相空心球取代輕質(zhì)莫來(lái)石骨料后體積密度的變化。由于輕質(zhì)莫來(lái)石骨料的堆積密度為0.80g/cm3，而復(fù)相空心球的堆積密度為0.60g/cm3，因此隨著復(fù)相空心球加入量的提高，澆注料的體積密度呈下降趨勢(shì)。當(dāng)取代40%的輕質(zhì)莫來(lái)石時(shí)，試樣110℃×24h烘后體積密度由1.86g/cm3下降到1.68g/cm3。復(fù)相空心球?qū)档蜐沧⒘系捏w積密度有比較明顯的效果。
圖2 復(fù)相空心球加入量對(duì)澆注料體積密度的影響圖
3.3復(fù)相空心球比例對(duì)輕質(zhì)澆注料常溫耐壓強(qiáng)度的影響
圖3為加入不同比例的復(fù)相空心球后澆注料耐壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，由于骨料復(fù)相空心球的強(qiáng)度明顯高于輕質(zhì)莫來(lái)石骨料的強(qiáng)度，并且復(fù)相空心球相比輕質(zhì)莫來(lái)石骨料相對(duì)致密，吸水率較低，澆注料的加水量呈下降趨勢(shì)，因此澆注料烘干后和高溫?zé)珊蟮哪蛪簭?qiáng)度呈上升趨勢(shì)，熱處理后的耐壓強(qiáng)度由Q1的25.2MPa上升到Q4的52.6MPa。因此引入復(fù)相空心球后可明顯提高澆注料的強(qiáng)度。
圖3復(fù)相空心球加入量對(duì)澆注料常溫耐壓強(qiáng)度的影響圖復(fù)相空心球加入比例
3.4復(fù)相空心球比例對(duì)輕質(zhì)澆注料導(dǎo)熱系數(shù)的影響
試樣經(jīng)1350℃×3h熱處理后檢測(cè)其導(dǎo)熱系數(shù)，研究不同復(fù)相空心球含量對(duì)澆注料導(dǎo)熱系數(shù)的影響，由圖4可以看出：復(fù)相空心球由于含有復(fù)相空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的封閉氣孔有很好的隔熱性能，因此添加復(fù)相空心球后澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)降低，試樣Q1、Q5的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.852W/(m·K)、0.682W/(m·K)，但由于復(fù)相空心球的氣孔直徑較大，由傳熱學(xué)原理可知，降低材料導(dǎo)熱系數(shù)的效果有限。
圖4 復(fù)相空心球?qū)沧⒘蠈?dǎo)熱系數(shù)的影響圖
4、結(jié)論
(1) 采用復(fù)相空心球取代輕質(zhì)莫來(lái)石骨料，降低了澆注料的加水量，同時(shí)可以明顯提高輕質(zhì)高鋁澆注料的常溫強(qiáng)度。
(2) 復(fù)相空心球由于含有復(fù)相空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的封閉氣孔有很好的隔熱性能，因此添加復(fù)相空心球后澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)降低，但同時(shí)由于復(fù)相空心球的氣孔直徑較大，降低材料導(dǎo)熱系數(shù)的效果有限。
(3) 采用復(fù)相空心球和輕質(zhì)莫來(lái)石微孔骨料復(fù)合骨料開(kāi)發(fā)的高性能輕質(zhì)高鋁澆注料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)、較高的高溫強(qiáng)度及體積穩(wěn)定性，用于多種工業(yè)爐1200～1500℃的高溫部位爐，節(jié)能成效顯著，取得了較好的使用效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
評(píng)論區(qū)
