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三種不同材質(zhì)的低水泥耐火澆注料的基本性能
發(fā)布時(shí)間:2020-07-27 瀏覽量:1421

低水泥耐火澆注料的基本性能,是按照配制原則,經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)和篩選試驗(yàn),采用最佳的工藝條件制成試樣。在自然條件下養(yǎng)護(hù),環(huán)境溫度為10~25℃。養(yǎng)護(hù)到期后,檢驗(yàn)3d常溫耐壓強(qiáng)度,一般為15.45MPa。然后,將試樣烘干,并檢驗(yàn)其性能。

(一)低水泥硅酸鋁質(zhì)耐火澆注料

低水泥硅酸鋁質(zhì)耐火澆注料用一級(jí)黏土熟料和一級(jí)~特級(jí)礬土熟料作骨料,一般最大粒徑為10mm和用量為70%;耐火粉料用特級(jí)或一級(jí)礬土熟料粉或摻棕剛玉粉等,其用量為18%~24%;超微粉用α-Al2O3粉和硅灰,用量6%~12%。另加適量的復(fù)合減水劑。表1為低水泥硅酸鋁質(zhì)澆注料的基本性能。從表中看出,隨著加熱溫度的升高,澆注料強(qiáng)度十分顯著的增加,1500℃的強(qiáng)度比烘干強(qiáng)度提高了1倍左右。1400℃高溫抗折強(qiáng)度為1.5~2.3MPa,比CA-50水泥耐火澆注料的高近一倍;1400℃或1500℃的燒后線變化,一般呈膨脹狀態(tài),其絕對(duì)值小些,但比較穩(wěn)定,即體積變化比較小,有利于澆注料的使用;CaO含量符合低水泥耐火澆注料的要求。Al2O3含量為45%~75%,其中編號(hào)1和編號(hào)2為黏土質(zhì)的,其余為高鋁質(zhì)的。

表1低水泥硅酸鋁質(zhì)澆注料的基本性能

低水泥耐火澆注料的耐火度大于1790℃,0.2MPa下的荷重軟化溫度(變形4%)比CA-50水泥耐火澆注料的高20~100℃。因此,低水泥耐火澆注料的使用溫度,一般比同材質(zhì)的CA-50水泥耐火澆注料的約高100℃。

低水泥耐火澆注料的熱膨脹率,在整個(gè)加熱過(guò)程中均呈現(xiàn)膨脹的特征,見(jiàn)圖1。從圖中看出,隨著加熱溫度的升高,熱膨脹率增大,到1250℃時(shí)達(dá)到最大值,約為0.68%。其后開(kāi)始緩慢的收縮,1400℃時(shí)的熱膨脹率為0.43%,當(dāng)溫度為1500℃時(shí),熱膨脹率又回升到0.5%。

圖1低水泥澆注料的熱膨脹率

低水泥耐火澆注料的性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高,中溫強(qiáng)度不下降反而顯著升高,其原因是多方面的。其中,鋁酸鈣水化物的脫水,是在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)緩慢而連續(xù)進(jìn)行的,而且較少的破壞晶體組織結(jié)構(gòu)。

圖2為兩種澆注料的紅外光譜分析。從圖中看出,低水泥和CA-50水泥耐火澆注料,在500~700cm-1區(qū)域出現(xiàn)了鋁氧四面體存在的吸收帶,在3300~3400cm-1區(qū)域有水化鋁酸鈣的吸收帶。

從吸收帶的強(qiáng)度上看,前者較弱,后者較強(qiáng);經(jīng)過(guò)110℃烘干后,其水化鋁酸鈣吸收帶的強(qiáng)度減弱。經(jīng)過(guò)800℃燒后,前者的水化鋁酸鈣吸收帶強(qiáng)度無(wú)明顯變化,后者的則明顯減弱。這也是低水泥耐火澆注料強(qiáng)度高的一個(gè)重要因素,同時(shí)也促進(jìn)了其他性能的改善或提高。

圖2兩種澆注料的紅外光譜分析

a—CA-50水泥澆注料;b一低水泥澆注料

耐火澆注料的成型體,是帶有少量氣孔的非均質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)。其氣孔的大小和多少,直接影響澆注料的性能。采用壓汞法測(cè)定兩種澆注料的孔徑分布,列于表2。

從表中可以看出,低水泥耐火澆注料的孔徑不大于100nm(1000),占70.7%~73.2%,比CA-50水泥耐火澆注料的高2~3倍;兩種澆注料110℃烘干的總孔隙量基本相近。800℃燒后,低水泥耐火澆注料的增大了6%左右,而CA-50水泥澆注料的則增大了近39%。

這說(shuō)明,低水泥耐火澆注料的總孔隙量少、小毛細(xì)孔多且分布均勻,即有氣孔低、孔結(jié)構(gòu)好、透氣性差和抗渣侵蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。這也是該澆注料強(qiáng)度高的一個(gè)原因。

表2兩種澆注料的孔徑分布和總孔隙量

低水泥耐火澆注料的顯氣孔率,與CA-50水泥耐火澆注料的相比,也是比較低的,詳見(jiàn)圖3。從圖中看出,800℃之后,隨著加熱溫度的升高,低水泥澆注料的顯氣孔率增加不多,最大時(shí)僅為20.4%;CA-50水泥澆注料的則明顯增加,最大值達(dá)到26.4%。由于低水泥耐火澆注料的顯氣孔率低,組織結(jié)構(gòu)致密,因此中、高溫強(qiáng)度大。

低水泥耐火澆注料的強(qiáng)度高,耐磨性好,顯氣孔率低、低熔點(diǎn)物少,因此抗渣侵性強(qiáng)。例如,采用坩堝法進(jìn)行抗渣侵性試驗(yàn),介質(zhì)為轉(zhuǎn)爐鋼渣,加熱溫度1450℃,保溫36其侵蝕量,見(jiàn)圖4。圖中數(shù)字為鋁酸鹽水泥用量,其中水泥用量為5%和7%的系低水泥耐火澆注料,15%的為CA-50水泥耐火澆注料,2%的CA-50水泥系黏土結(jié)合耐火澆注料的促凝劑。從圖中看出,在同樣的材質(zhì)和工藝條件下,低水泥耐火澆注料的抗渣侵性,比CA-50水泥耐火澆注料的有明顯提高,甚至超過(guò)了黏土結(jié)合澆注料。同時(shí),水泥量越少,抗渣侵性越好;水泥品級(jí)高,配制的低水泥澆注料抗渣侵性好,即CA-70水泥配制成澆注料的抗渣侵性,比CA-50水泥配制成澆注料的好,侵蝕量約降低25%。

圖3兩種澆注料的顯氣孔率比較

1一低水泥澆注料;2一CA-50水泥澆注料

圖4 3種澆注料抗渣侵性對(duì)比

a——CA-50水泥的;b——CA-70水泥的;c——黏土結(jié)合澆注料

低水泥耐火澆注料用回轉(zhuǎn)法進(jìn)行抗渣侵性試驗(yàn),并與黏土結(jié)合澆注料對(duì)比,介質(zhì)為高爐渣,加熱溫度1400℃,回轉(zhuǎn)速度6r/min,其余按標(biāo)準(zhǔn)操作。其結(jié)果是,前者的渣侵深度為1.25mm,后者為2.65mm。這說(shuō)明,低水泥耐火澆注料的抗渣侵性,較大的優(yōu)于黏土結(jié)合耐火澆注料。

低水泥耐火澆注料的抗熱震性,即加熱1100℃后進(jìn)行水冷的循環(huán)次數(shù),與CA-50水泥和黏土結(jié)合耐火澆注料一樣,均大于15次;其熱導(dǎo)率,因低氣孔、組織結(jié)構(gòu)致密,所以比CA-50水泥和黏土結(jié)合耐火澆注料的略高些,其數(shù)值一般為1.05~1.35W/(m·K)。

(二)低水泥莫來(lái)石和剛玉質(zhì)澆注料

低水泥莫來(lái)石和剛玉質(zhì)耐火澆注料是采用燒結(jié)或電熔的莫來(lái)石、棕剛玉、礬土基剛玉和白剛玉作耐火骨粉料,有時(shí)也用特級(jí)礬土熟料粉,超微粉則混用α-AI2O3和硅灰,用鋁酸鹽水泥作結(jié)合劑并另加分散劑配制而成。該料用于軋鋼加熱爐爐襯、水冷管包扎及燒嘴磚,中間包擋渣堰,中、小高爐出鐵溝和電爐蓋等熱工設(shè)備上,使用效果較好。表3為低水泥莫來(lái)石和剛玉質(zhì)澆注料的性能。

表3低水泥莫來(lái)石和剛玉質(zhì)澆注料的性能

(三)低水泥SiC質(zhì)耐火澆注料

低水泥SiC質(zhì)耐火澆注料的特點(diǎn)是線膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度大、耐磨性好,在發(fā)電鍋爐、有色冶金爐和焚燒爐等熱工設(shè)備上,得到了應(yīng)用,使用效果較好。

低水泥SiC質(zhì)耐火澆注料用SiC大于97%的碳化硅作耐火骨料和粉料,添加SiO2超微粉和金屬硅防氧化劑,用CA-70水泥作結(jié)合劑并加聚磷酸鹽減水劑。該料主要性能是SiC為85%,110℃烘干體積密度、耐壓和抗折強(qiáng)度分別為2.5g/cm3、45MPa和9MPa,1000℃燒后線變化、耐壓和抗折強(qiáng)度分別為-0.2%、107MPa和24MPa,1450℃燒后線變化、耐壓和抗折強(qiáng)度分別為+0.3%、130MPa和54MPa,400℃熱導(dǎo)率為12.2W/(m·K)。


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