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鎂質(zhì)澆注料
因氧化鎂具有高熔點(diǎn)(>2800℃)，抗堿性渣侵蝕性強(qiáng)，對(duì)鋼液增氧低，與鋼液具有良好的相容性等特點(diǎn)，使得氧化鎂成為具有吸引力的耐火材料原料。在鎂質(zhì)耐火材料領(lǐng)域內(nèi)，首先發(fā)展的是鎂質(zhì)定形制品如鎂鉻磚、鎂尖晶石磚和鎂碳磚等。隨著耐火材料向著不定形化趨勢(shì)發(fā)展，逐步發(fā)展了氧化鎂質(zhì)澆注料。
鎂質(zhì)澆注料爆裂機(jī)理和抗爆裂技術(shù)
耐火澆注料在施工過(guò)程中需要加入水。水在材料中存在的狀態(tài)可分為三類：一類是凝聚在材料表面和內(nèi)部的自由水，一類是吸附水，還有一類是形成化合物中的結(jié)構(gòu)水。隨著溫度升高，上述三種水順次脫除。在澆注料快速烘烤、干燥階段，材料內(nèi)部水分逸出，造成較高的蒸氣壓和熱應(yīng)力(溫度梯度造成)，當(dāng)兩者的作用力高于澆注料的極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生爆裂，對(duì)生產(chǎn)和安全造成危害。通過(guò)在水泥結(jié)合的剛玉澆注料的制備時(shí)埋入壓力引管和熱電偶，記錄加熱過(guò)程中試樣內(nèi)蒸汽壓力和溫度，其結(jié)果顯示爐溫以恒定速率增加，試樣內(nèi)部溫度也呈線性增加，但內(nèi)外溫差接近100℃。當(dāng)爐溫小于300℃時(shí)，試樣蒸氣壓增長(zhǎng)緩慢，而在300℃-400℃范圍內(nèi)，壓力值急劇增加，并在400℃時(shí)(試樣內(nèi)部溫度約為260℃)壓力達(dá)到最大值。并且最大蒸氣壓出現(xiàn)在試樣中心位置。有研究結(jié)果也顯示，以含氧化鎂.SiO2微粉無(wú)水泥結(jié)合剛玉澆注料受到單面加熱處理時(shí)，當(dāng)在試樣內(nèi)部升溫達(dá)到410℃時(shí)發(fā)生爆裂。而上述報(bào)道的爆裂點(diǎn)與水化相的失水溫度范圍相吻合，說(shuō)明材料爆裂溫度與水化相失水行為密切相關(guān)。
澆注料的抗爆裂技術(shù)實(shí)為改善材料內(nèi)部水分排除過(guò)程，避免水蒸氣在內(nèi)部聚集形成大的壓力。澆注料內(nèi)部看作成一個(gè)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中的小尺寸孔存在毛細(xì)管現(xiàn)象，附加壓力的存在導(dǎo)致管內(nèi)外形成液面差。當(dāng)毛細(xì)孔徑(半徑為R)越小，管內(nèi)的液面上升高度(h)越高，即越容易吸附水或水蒸氣，在升溫過(guò)程中水蒸氣則越難被排除。
目前澆注料內(nèi)采用的抗爆裂技術(shù)手段包括
(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)顆粒級(jí)配或者使用高效減水劑(分散劑)在保證施工性能的條件下，盡可能減少水的加入量。
(2)根據(jù)澆注料試樣的爆裂溫度范圍，制定合理的干燥制度。在爆裂點(diǎn)溫度附近，升溫速率不能過(guò)快。
(3)添加金屬鋁粉，在澆注料內(nèi)堿性離子的催化作用下，與水反應(yīng)釋放氫氣。當(dāng)氫氣積累并達(dá)到一定壓力后，由材料內(nèi)部向外逸出，形成貫通式氣孔通道，使得后續(xù)水蒸氣可以沿著此通道快速排出，減少對(duì)澆注料產(chǎn)生的阻力。但是鋁粉粒度過(guò)細(xì)或添加量過(guò)多反而因產(chǎn)生大量氫氣造成材料鼓脹甚至開裂。
(4)添加防爆纖維，其一般在低于200℃范圍內(nèi)發(fā)生熔解在材料內(nèi)形成孔，增加了澆注料內(nèi)的孔徑和孔的數(shù)量，利于水蒸氣排出。但是纖維的長(zhǎng)度，直徑卻會(huì)影響澆注料的流動(dòng)性。
(5)使用有機(jī)發(fā)泡劑，如偶氮二甲酰胺與鋁酸鈣水泥和水生成鈣鹽，隨后鈣鹽隨溫度以及時(shí)間的變化分解產(chǎn)生N2、CO2、NH3氣體，形成開口氣孔。相比于Al粉，偶氮二甲酰胺的分解反應(yīng)受溫度影響小，且產(chǎn)生的氣體量較少，不劇烈，減少了材料發(fā)生鼓脹的問(wèn)題。
鎂質(zhì)澆注料抗爆裂性研究
鎂質(zhì)澆注料的抗爆裂性同樣與材料內(nèi)水化結(jié)合相的熱分解行為(失水溫度范圍)密切相關(guān)。當(dāng)自由水和吸附水較快地排除后，水化產(chǎn)物氫氧化鎂相含有結(jié)構(gòu)水，其在350-420℃范圍內(nèi)發(fā)生熱分解;當(dāng)試樣內(nèi)部溫度達(dá)到此溫度范圍時(shí)，內(nèi)部急劇產(chǎn)生水蒸氣，當(dāng)水蒸氣產(chǎn)生速率高于排出速率時(shí)，會(huì)聚集在一起進(jìn)而對(duì)材料造成大的應(yīng)力，容易發(fā)生爆裂。除了上文中常見抗爆裂技術(shù)，可以通過(guò)減少氫氧化鎂水化相生成或者提高材料早期結(jié)合強(qiáng)度來(lái)提高鎂質(zhì)澆注料抗爆裂性能。此外，若水化相的水分呈現(xiàn)多階段分解，則降低了水蒸氣集中式排出造成大應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)，即材料抗爆裂性提高。
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