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不定形耐火材料的分类、制备与应用

作者:admin 发布日期: 2019-12-30 二维码分享

由一定颗粒级配的耐火集料(骨料和粉料),结合剂和外加剂组成的湿状、或半湿状、或干状,可直接用于构筑或修补工业窑炉衬体的耐火材料称为不定形耐火材料。与烧成定型耐火制品不同,用此类材料构筑衬体可形成无接缝整体内衬,因此在欧美有称为无接缝耐火材料,或整体耐火材料。由于此类材料配制工艺和施工方法与普通建筑混凝土相似,因此在东欧和俄罗斯也有称为耐火混凝土。

同烧成耐火制品比较,不定形耐火材料具有如下特点:

1)制备工艺简单,生产周期短,劳动生产率高;

(2)适应性强,使用时不受工业窑炉结构形状限制,可制成任意形状;

(3)整体性好,气密性好,热阻大,可降低工业炉热损失、省能源;

(4)便于机械化施工,省时省工;

(5)对于损坏的工业炉内衬易于用不定形耐火材料进行修补,延长衬体使用寿命、降低耐火材料消耗。因此不定形耐火材料现已逐渐取代大部分烧成耐火制品而得到广泛应用,在冶金工业使用不定形耐火材料的比例已占耐火材料总使用量的45%~70%

不定形耐火材料分类

按施工工艺分类,不定形耐火材料可分为如下八大类:

浇注耐火材料,呈干状态的耐火混合料,施工时加液体(水或液状结合剂)调和,成型后经一定时间静养并能发生凝结与硬化,从而赋予材料一定的结构强度。浇注耐火材料本身又可分为振动浇注料,自流浇注料和泵灌浇注料。

振动浇注料成型时需外加机械震动力,方可使泥料产生流动而充满模型。

自留浇注料是靠自重和位能差而产生流动,能自动充满模型和摊平表面。

泵灌浇注料是用泥料泵将浇注料泵入模型内,也能自动充填模型。

捣打耐火材料,半湿或湿状态的无塑性或低塑性耐火混合料,采用捣打法施工。施工后经加热烘烤发生硬化,而具有一定的结构强度。

可行耐火材料,具有一定可塑性的耐火材料,可采用捣打法或喷射法施工后须经自然干燥,或加热烘烤后方具有所要求的结构强度。可塑料必须加入增塑材料,增塑材料多半为可塑性黏土,也可用某些有机增塑剂来提高其可塑性。

喷射耐火材料,通过专用的喷射机以高速气流为载体进行喷射施工的耐火混合料。按喷射工艺技术分,喷射方法可分为冷物料喷射法和熔融物料喷射法(简称熔射法)。

冷物料喷射法又可分为干法、半干法、湿法、泥浆法和混合喷射法。

熔融物料法也可分为火焰喷射法、等离子喷射法和溅渣护炉法。喷射耐火材料既可用于构筑新衬体(喷涂料)、又可用于修补损坏衬体(喷补料)。

涂抹(覆)耐火材料,呈泥膏状或泥浆状的耐火混合料。可用人工涂抹或涂刷施工,也可用机械喷涂或灌注法施工,一般用作耐火砖砌体的接缝料或灌缝料,和作耐火衬体的保护层或工作层,包括耐火泥浆和耐火涂料。

挤压(压注)耐火材料,用专用的挤压机或压注机进行挤压或压注施工的混合料。可分为硬质挤压料和软质挤压料。硬质挤压料为可塑性材料,如高炉炮泥,高炉热态挤压修补料;软质压注料为黏塑性砂浆状材料,是用于作耐火制品砌体之间或耐火制品砌体与炉壳之间的填缝料。

投射(投抛)耐火材料,用人工投抛或投射机投抛的耐火混合料,如转炉炉衬大面积修补用的镁碳质热修补料和电炉炉底用的热态修补料,以及过去曾采用过的硅质钢包投射料。

干式震捣(或充填)耐火材料,不加液体(水或液状结合剂)调和的、干状耐火混合料,施工时可直接充填于模胎与衬体外壳之间的空隙内(如感应炉内衬、干式中间包工作衬),或充填于由耐火衬体构成的流口中(如钢包引流料,电炉出钢口引流料)。但用于作工作衬的干式震捣料,充填后须经机械震动或人工捣实,以形成紧密堆积,再经一定温度烘烤,以产生所需的结构强度后方可投入使用。

除按施工工艺分类外,不定形耐火材料还有按材质分类,按结合剂分类和按硬化方式分类等,但目前.常用的名称是将所用的结合剂、材质和施工方法合在一起来给不定形耐火材料命名,如铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料,沥青结合的镁炭质热修补料等。

不定形耐火材料的制备

不定形耐火材料的制备工艺,包括材质的选择、颗粒级配的确定、结合剂和外加剂的选用以及加工流程的确定,是根据使用条件和使用环境、以及所采用的施工方法来确定的。

配制不定形耐火材料的粒状原材料总称为耐火集料。耐火集料分为骨料和粉料,集料颗粒粒径大于0.088mm(或0.074mm)的称为骨料,在不定形耐火材料中起骨架作用。集料颗粒小于0.088mm(或0.074mm)称为粉料,由于它起着包埋骨料或填充于骨料颗粒之间空隙的作用,因此又称为基质,其中0.088mm至10μm的称为细粉,小于10μm的称为超细粉(或微粉)。

不定形耐火材料集料的颗粒级配有连续级配和间接级配两种,但一般为多级粒度级配。也可按照Andreassen或Dinger-Funk粒度分布方式进行颗粒级配,主要控制粒度分布系数q值(见17.2节不定形耐火材料粒度组成),而q值是根据材料的作业性能和物理性能要求来确实的,如对耐火浇注料来说,震动成型的浇注料与自流成型的浇注料其值q是不同的,前者一般取q值大于0.26,而后者q值控制在0.21~0.26之间才具备有自流性能。

不定形耐火材料所用的结合剂分有机物和无机物两大类。而有机类结合剂又分为两类:一类为暂时性结合剂,在常温下干燥后或经烘烤后有较好的结合强度,但加热到一定温度(大于300℃)后会燃烧掉而失去结合强度,如甲基纤维素、糊精、阿拉伯树胶、木质素磺酸盐等;另一类为半..性结合剂,经加热烘烤后(110~300℃)会发生缩聚反应、产生较好的结合强度,但进一步加热时会分解挥发出气体并残留下碳,到高温时形成碳网结合,如焦油加沥青、酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等,但这类有机结合剂只适用在还原性气氛条件下使用。

无机类结合剂为..性结合剂,在常温下经过适当养护后会产生较好的结合强度,但加热烘烤时会失去结晶水或化合水,并发生物相转化。在高温下会与耐火集料发生反应生成新的结合相而使材料的结合强度大大提高。无机类结合剂主要有铝酸钙水泥、铝酸钡水泥、硅铝溶胶、钠钾硅酸盐(水玻璃)、磷酸和磷酸盐,硫酸盐、氯化物和聚磷酸盐等。

不定形耐火材料用的添加剂(也称外加剂)按其作用功能分有:

改善材料作业性能(或称施工性能)的添加剂,包括有减水剂(分散剂),增塑剂(塑化剂)、胶凝剂(絮凝剂),解胶剂(反絮凝剂)等;

调节材料凝结与硬化速度的添加剂,包括有促凝剂(促硬剂、速凝剂)、缓凝剂(迟效速凝剂)、快干剂等;

调整材料内部组织结构的添加剂,包括有防缩剂(膨胀剂)、发泡剂(引气剂)、消泡剂等;

延长材料储存期或保持材料施工性能的添加剂,包括有防潮剂、酸抑制剂、保存剂、防冻剂等。添加剂是根据使用要求不同而选用。

不定形耐火材料的应用

早期(20世纪60年代以前)的不定形耐火材料材质与品种比较少,品质也较低,只能用于构筑和修补低、中温热工设备的衬里。而现在,由于材质与品种的不断更新,品质有很大的提高,制备技术和施工技术与装备有显著的进步,使得不定形耐火材料的应用范围不断扩大,使用领域已从低温、中温热工设备向高温熔炼炉发展,从只能构筑气氛炉的衬体向可构筑与高温熔体接触的窑炉衬体发展。

在冶金工业方面,从铁矿烧结、炼焦、炼铁、炼钢、炉外精炼、连铸直到轧钢等,几乎每一生产环节的热工设备和冶炼炉的衬体都或多或少要使用不定形耐火材料来构筑或修补,如在炼钢系统中、转炉要采用碱性耐火喷补料、热态投补料、溅渣护炉料,钢包内衬采用铝-镁质浇注料和修补料,炉外精炼装置RH、DH、浸渍管、吹氩和喷粉的喷枪、CAS-OB浸入罩、各种钢包炉的顶盖等均用高档材质的耐火浇注料作衬体。连铸中间包的..衬和工作衬也是采用铝硅系浇注料和镁质(或镁钙质)涂料或干式震捣料来构筑。

在其他工业方面,包括有色冶金、石油化工、建筑材料、机械工业、电力锅炉、垃圾焚烧炉等等工业窑炉中,均有采用不定形耐火材料构筑砌体的例子,而且其综合使用效果均比使用耐火制品要好。


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