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了解耐火澆注料性能 水泥技術人員更好使用

作者:寰洋實業  發布日期:2017-02-17

耐火澆注料主要用于新型干法水泥窯內形狀不規則或窯體發生變形的部位,如預熱系統、窯尾、窯頭、噴煤嘴、三次風管、冷卻機及余熱發電等。耐火澆注料品種繁多,性能差別顯著,施工、維護對使用壽命影響極大。為了提高水泥窯的運轉率,耐火材料工程師需要熟悉各種耐火澆注料的性能,掌握在不同條件下選擇、使用這些材料的方法。

耐火澆注料的關鍵有三點

其一,結合方式;

其二,升溫后膠結物內部、膠結物和被膠結物之間、被膠結耐火原料之間錯綜復雜的反應;

其三,耐火澆注料與窯料、窯氣、錨固件、窯體之間更加復雜的物理化學作用。

結合是耐火澆注料的基質之間,基質和骨料之間產生粘接而具有抵抗外力作用而不破壞的能力。一般情況下,耐火澆注料的結合分為水泥結合、化學結合、凝聚結合三種方式。

狹義上,水泥指鋁酸鈣水泥。水泥結合是依靠水泥水化產生的結合。水化是固態物質和水反應,形成固態含水物質的化學反應。

水泥結合

水泥結合包括下述三種類型:

①水泥水化產物之間直接發生物理化學作用產生的結合;

②水化產物和高活性物質(如硅溶膠)反應產生的結合;

③水化產物和硅灰、鍛燒高嶺土微粉、煅燒氧化鋁微粉等具有火山灰活性物質的表面發生物理化學作用產生的結合。

化學結合

化學結合是依靠結合劑發生化學反應產生的結合。但是,這些化學反應不包括可水化物質與水的反應,至少不以水化為主,否則,就應歸類于水化結合。一般情況下,常見的化學結合有下述三種類型:

①結合劑和耐火材料反應產生的結合;

②結合劑和硬化劑反應產生的結合;

③以上兩種方式復合產生的結合。

例如,水玻璃結合既可以由結合劑和耐火材料反應產生(水玻璃鎂磚),也可以由結合劑和硬化劑反應產生(水玻璃+氟硅酸鈉)。磷酸鹽結合既可以由結合劑和耐火材料反應產生(磷酸鹽磚),也可以由復合結合產生(由磷酸作結合劑,水泥作促凝劑制作的磷酸鹽結合耐火澆注料)。

凝聚結合

凝聚結合指由微粉凝聚產生的結合。凝聚結合有下述兩個關鍵:

①實現微粉由分散到凝聚的轉變,這就需要遲效硬化劑;

②增大固相體積,減少液相體積,減少氣孔率和提高微粉間的粘接力。這樣就或多或少地與水泥結合有些關聯。

廣義上說,水泥是能發生水化反應,進而通過直接和間接的物理化學作用產生結合或強度的粉狀物質。例如,鋁酸鋇Ba0?Al203是一種特種耐火水泥。再如,ρ-AUOs也是一種特種耐火水泥。還有Mg0-Si02-H20結合被認為是凝聚結合。但是,這種結合需要利用MgO的水化改變液相的性質產生凝結,利用MgO的水化物和硅灰表面發生作用產生硬化,還需要MgO和硅灰在升溫過程中發生物理化學反應形成M2S等物質產生結合。所以,本質上MgO-SiO2-H2O結合也屬于水泥結合。

升溫中,耐火澆注料中發生一系列十分復雜的物理化學反應。常見的物理化學反應以超低水泥結合耐火澆注料為例有下述:

①脫去游離水;

②水化物脫去結合水;

③水化物的轉變;

④脫水水化物和硅灰的反應;

⑤硅灰和氧化鋁微粉的反應;

⑥在莫來石的晶核的作用下,從中間相中形成莫來石晶體;

⑦形成發育良好的莫來石、鈣長石新生結合相。

使用中,超低水泥澆注料承受十分復雜的工作負荷,逐漸變質、損壞,造成的原因有以下幾種:

一是高溫窯氣對耐火材料的輻射、對流傳熱;

二是灼熱窯料產生的沖擊、磨損;

三是窯料中CaO等產生的侵蝕;

四是窯氣中K2O等揮發性組分侵入、凝聚和侵蝕耐火材料;

五是窯溫變化產生的熱震破壞;

六是因溫度、熱膨脹系數的不同燒結莫來石的膨脹系數,耐火澆注料、錨固件和窯體間產生很大應力,致使窯襯損壞或錨固件被拔出;

七是錨固件受到氧化、腐蝕破壞,致使襯料垮落。

外人看來,耐火澆注料似乎簡單。實際上,耐火澆注料是一種高度非均質、多層次的復合材料。制造中,耐火澆注料微觀結構形成、發展,產生結合的原理相當復雜。使用中,耐火澆注料如何抵抗高溫、侵蝕、熱震、機械應力的破壞而獲得更長使用壽命的問題更加精深。因此,要選好、用好耐火澆注料并不容易。首先,要熟悉各種耐火澆注料的特性;其次,要弄清使用部位的主要損壞機理;再者,揚長避短地選擇和使用適宜的耐火材料;后,仔細觀察使用結果,深入分析后,找出存在問題和提出解決方案??傊?,既要精通耐火材料的理論,又要解決實際問題,特別要解決一些業內長期不解的難題,或者要有一些新的發明,才能在耐火材料學界具有立足之地。


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