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莫来石自流浇注料的研发及应用

添加时间:2018年6月9日  浏览次数:

  蓄热式加热炉的炉墙结构复杂,温度波动较大,要求内衬用耐火材料具有以下特性:抗高温气流和火焰的冲刷及侵蚀能力;高温体积稳定性和抗热震性好;施工性能优良并能保证炉墙各部位施工体质量的均匀性。结合蓄热式加热炉的使用要求,在以往自流浇注料研究工作的基础上,进行了莫来石质自流浇注料的研制。

  1 研制

  1.1 原料选择

    以莫来石矿物为主晶相的耐火材料具有极好的抗热震性能,且高温强度大,抗冲刷、耐磨损,体积稳定性好。因此选择莫来石为主要原料,同时选择优质高铝料、刚玉细粉、纯铝酸钙水泥、超微粉及膨胀剂等为原料。原料化学成分见表1。

    1.2配方设计

  对莫来石-刚玉系烧结材料的高温力学性能研究表明:莫来石与刚玉按一定的比例配合时,材料的高温力学性能优于纯莫来石或纯刚玉材料。为了获得优良的高温强度和抗热震性能,骨料采用了莫来石和精选高铝料的复合材质。基质部分以莫来石相力主,刚玉相为辅。按自流料特性要求,骨料和细粉分别进行多级混配。

表1 原料化学成分/%

  2 结果与讨论

  2.1 颗粒组成对浇注料自流性能的影响

    合理的颗粒级配对增加自流料的流动值十分重要,通过大量试验,颗粒组成为大颗粒(>1mm)40%~55%,中颗粒(1-0.074mm)14%-25%,细粉(<0.074mm)22%〜39%时流动值较好,其中有—最佳值。采用多级配料,最大临界颗粒尺寸为8mm。在固定中颗粒加入量的前提下,粗颗粒与細粉加人量的比值Z对浇注料流动值的影响见图1。

图1 z值对浇注料流动值的影响

  由图可知,当粗细颗粒比在1.8附近时,流动值出现最大值当Z>1.8时,浇注料含骨料较多,颗粒彼此接触形成骨架,基质要带动骨料颗料发生流动,就必须克服较大阻力,因此流动值较小;当1.8时,细粉过多,加水后泥料表现出粘性过大,影响自流浇注料的流动性。

  2.2 超微粉加入量对浇注料性能的影响

    硅徽粉和活性α-A1203微粉的加入量对莫来石质自流浇注料的影响见表2。从表2可知,a-Al2O3微粉加入量过大时泥料表现出粘性过大,自流性差;随着SWj微粉加入量的增加,流动值逐渐增大,但烧后线变化率较大。当α-Al203微粉加入2N%〜3N%,SiO/微粉加入4M%~5M%时,有较理想的流动值和理性能。

表2 微粉加入量对试样性能的影响

  2.3 水泥加入量对浇注料性能的影晌

    水泥加入量对莫来石质自流浇注料性能的影响见表3,。由表3可知,加入适量的水泥有助于初始强度的提高。当水泥加入量过少时,不能满足自流浇注料的初始强度,而加入水泥量过大时自流浇注料的流动性降低,同时烧后线收缩大,材料在使用过程中易造成开裂、剥落,降低使闱寿命。

表3 水泥加入量对浇注料性能的影响

  2.4 外加剂对浇注料性能的影响

    在自流浇注料中,外加剂的应用十分重要。本次研究选用多种外加剂进行了试验,结果见表4。由表4可知,采用单一外加剂时,浇注料流动值较小,无法满足施工要求。选用两种以上外加剂复合使用,流动值增大,强度增高,线变化率较小,材料性能得到较大改善。这主要是复合外加剂具有解胶、分散、润湿、排气等功能,可显著地改变物料表面性能,达到减水增强之效果。

表4 外加剂对浇注料性能的影响

  2.5 膨胀剂对浇注斜性能的影响

  为使自流浇注料具有良好的自流、脱气和密实性能,与传统的浇注料相比,自流浇注料含骨料较少,基质较多,施工加水量也偏高,这往往导致烧后收缩较大,耐压强度下降。为了对烧后线收缩进行调整,以及获得适宜的常温和高温强度,试验研究了不同膨胀剂及加入量对材料性能的影响。试验中发现,当不添加膨胀剂时,试样烧后收缩达0.5% ~0.8%,当分别加入膨胀剂a和b时,依加入量不同,烧后线变化率在-0.25% ~ +0.6%之间可任意调整。为保证基质组分构成的合理性,膨胀剂a与b以复合形式加入最好,加 人量为宜。该类膨胀剂在1200〜1500℃不同的温度区间内,自身发生物理化学反应并与基质中其他组分发生高温化学反应形成高熔点矿物和针柱状莫来石晶体,伴有体积膨胀效应。这种体积膨胀弥补了基质的烧结收缩,增强了材料的体积稳定性。同时,所生成的针柱状莫来石晶体在基质中形成牢固的网状结构,能增加材料的强度,改善材料的抗热震性能。

  3使用

  该莫来石质自流耐火浇注料于某厂新建的蓄热式加热炉上使用,浇注部位是蓄热室上部炉墙、压火梁和端墙下部。施工时物料在强制式搅拌机内先干混1min,加水后搅拌4~5 tain即可出料,泥料呈现一种粘塑性流体状,倒入施工部位后,不需振动即能自行流动、脱气和摊平。施工时无振动噪音,施工速度较振动浇注料提高了1〜2倍,大大减轻了劳动强度,提高了工作效率。浇注施工体自然养护24~48h脱模。脱模后,自流料浇注的炉墙表面光滑,无大气孔、裂纹、孔洞和疏松现象,喷火孔中间隔体致密均匀,材料表面强度大。

  该加热炉至今已运行8个多月。炉子控制温度1280~1350℃,加热150mmx150mm的铸坯,平均加热钢坯量每小时为62 t,最大产量每小时达71t。目前该炉墙表面完好,无开裂剥落现象,喷火孔整体性完好。从近8个月的使用来看,莫来石质自流浇注料抗热震性好,体积稳定性好,强度大,耐高温气流、火焰的冲刷,达到了蓄热-换热式加热炉的使用要求。

  4 结论

  (1)物料的粒组成和微粉、水泥、外加剂、膨胀剂的加入量对浇注料的流动值等性能有较大影响,是保证莫来石质自流浇注料性能的关键。

  (2)研制的莫来石质自流浇注料具有强度高、抗热震性优良、线变化小、体积稳定性好等特点。

  (3)所研制的莫来石质自流浇注料施工性能好,能自流、脱气和密实,确保施工体质量均匀,且施工劳动强度低,效率高。

关键词:莫来石浇注料      
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