耐火纖維澆注料的結構與性能

耐火纖維澆注料的結構與性能

目前，國內外開發(fā)生產的防水防潮材料中，破碎的防水防潮材料以云的形式存在。這種耐火纖維澆注料雖然輕質隔熱,但是強度很低,收縮很大,沒有真正發(fā)揮耐火纖維的全部特性,也就是說,耐火纖維與耐火散狀料混合后,纖維的多孔性能已不存在,完全被耐火泥漿灌滿。耐火纖維在制品中分布所呈現(xiàn)的形體,直接影響到制品的整體強度和最佳隔熱效果。由于粒狀耐火纖維的加入使耐火材料基體的力學性能衰減很小,并且起到增韌、隔熱的作用。因此,粒狀耐火纖維澆注料既具備高強度、耐高溫的性能,又具備低體積密度、低熱導率的隔熱性能。粒狀耐火纖維顆粒的研制成功,進一步改善了耐火纖維澆注料的特性。1防水桿子的填充工藝和高節(jié)能機理1.1球柱狀纖維將耐火纖維制成顆粒狀,且這種顆粒必須是球(柱)體。粒狀耐火纖維以球(柱)體作為骨料存在于耐火基質料中,對整個制品的機械性能有很大影響:1)球(柱)狀骨料所形成的應力小,而帶有尖角的無規(guī)則形狀的骨料形成的應力較大;2)在相同的體積下,球(柱)狀骨料的表面小,因而能削弱基質作用的有效面積最小;3)球(柱)狀骨料不會破壞制品的連貫性,而片狀和無規(guī)則骨料是交叉、貫穿分布的,對基體的切割嚴重。由于這三方面的原因,球(柱)狀纖維骨料能利用耐火材料基體強度的70%～90%,而其他尖角狀和片狀纖維骨料只能發(fā)揮30%左右。球(柱)狀纖維顆粒的外表面必須有在常溫下能防水的保護層(以確保澆注料的加水量和收縮量與常規(guī)重質澆注料的基本相同),且有一定的強度,它與耐火基質料混合澆注成型后烘烤到100℃左右時,其表面的保護層能全部揮發(fā)掉,纖維與基質料之間自然形成幾微米的空氣隔熱膜。纖維澆注料形成一定的常溫強度后,基體中分布的球(柱)狀孔洞中布滿了耐火纖維。耐火纖維澆注料制品中的纖維形狀,決定了這種澆注料成型后的強度和最佳隔熱效果。耐火纖維形成顆粒,使自身強度突躍式提高,其本身為交叉網(wǎng)絡形成橋聯(lián)結構,能抵抗外力,阻止裂紋進一步擴展,從而提高其本身的韌性和強度。橋聯(lián)是高溫增韌補強的措施之一,當耐火纖維顆粒承受來自多方向的尖端應力時,其裂紋碰到橋聯(lián)結構會偏離原來的侵入方向或分岔,這種改變了應力方向的裂紋,可吸收大量的斷裂能量,從而可對基體起到增韌、補強的作用。1.2散狀材料的加工耐火纖維作為骨料摻入到不定形耐火材料中,其整體的隔熱效果和耐壓強度取決于纖維的形狀和分散情況。分散度好而沒有固定的外觀形狀,會使耐火纖維喪失自身多孔結構的優(yōu)點;但有形狀而不規(guī)則再加上分散不均勻,也會使耐火材料的強度受到破壞。如果加入到散狀料中的纖維不是顆粒形狀的,而是無規(guī)則形狀的纖維棉,則纖維氣孔中會填滿散狀料的細粉,其強度和隔熱效果將會大大降低。因為在常規(guī)的耐火纖維澆注料中,作為骨料的耐火纖維棉沒有自成一體,既不防水也沒有一定的外觀形狀,在攪拌過程中,纖維棉的每個小單元體不斷地變化,而且泥漿也不斷滲入到纖維的微孔里,破壞了纖維的隔熱效果和整體性。2超細基層材料耐火纖維顆粒的制造工藝如下:普通硅酸鋁(高鋁、含鋯等)耐火纖維棉破碎→振動篩除渣→混配(加入結合劑、防水劑和增塑劑等)→擠壓塑性坯料→造粒機造?！B續(xù)烘干→篩分→成品入庫。耐火纖維顆粒的主要性能指標如下:顆粒規(guī)格為?3mm;堆積密度為0.7～0.8g·cm-3;耐壓強度(110℃24h)為12MPa(用單個?3mm×4mm的近球形柱狀顆粒測試);抗折強度(110℃24h)為5.2MPa(用單個?3mm×4mm的近球形柱狀顆粒測試);熱導率(500℃)為0.082～0.130W·(m·K)-1。從上述指標可以看出,耐火纖維制成顆粒狀后,其熱導率變化不大,氣孔率仍很高,但其強度都增加了80～100倍。這為制作高強度的耐火纖維澆注料提供了優(yōu)質骨料。耐火纖維顆粒的外觀及其斷面顯微形貌見圖1。3試驗過程主要熱導率分析以上述?3mm的球(柱)狀硅酸鋁耐火纖維顆粒為骨料制成的粒狀鋁硅質耐火纖維澆注料,既具備了重質耐火澆注料的耐高溫、高強度和高溫收縮率低的特點,又具備了輕質隔熱澆注料的低熱導率和較低容重的特點。幾種耐火澆注料性能指標對比見表1?？梢?重質澆注料中,如高鋁質低水泥澆注料,其110℃烘干耐壓強度大多在40～50MPa,1300℃燒后的耐壓強度為70～75MPa,但其平均熱導率卻很高,約為1.0～1.6W·(m·K)-1。而粒狀耐火纖維澆注料在上述強度基本相同的條件下,其熱導率(500℃)卻只有0.32W·(m·k)-1左右,降低了3～5倍。粘土結合澆注料是20世紀70～80年代應用較早的不定形耐火材料,當時大多用在軋鋼加熱爐爐體的整體澆注上,它在500℃時的熱導率為0.56～0.68W·(m·K)-1,但其耐壓強度卻很低,烘干(110℃24h)后只有4～5MPa,1300℃燒后僅為40MPa,比粒狀耐火纖維澆注料的低1倍還多,且熱導率還高出50%左右。高強輕質澆注料的出現(xiàn),提高了爐墻整體澆注的保溫隔熱技術,但大多數(shù)輕質隔熱澆注料的使用溫度低,強度小。如普通磚砂輕質澆注料、多孔熟料輕質澆注料和陶粒輕質澆注料等,在110℃烘干的耐壓強度僅為6～8MPa,高溫加熱后的強度反而下降,1200℃燒后耐壓強度<6MPa;目前的氧化鋁空心球耐火澆注料和莫來石質高強輕質澆注料在110℃烘干后耐壓強度雖然達到15～20MPa,但在高溫下強度卻提高不多,約20～30MPa,其熱導率(500℃)卻大于0.6W·(m·K)-1,仍然比粒狀耐火纖維澆注料的大1倍左右。4吊掛鋼結構及用飛焦爐爐頂冷焦爐粒狀耐火纖維澆注料在技術和工藝上是一次創(chuàng)新,它將重質耐火澆注料和輕質耐火保溫隔熱澆注料的優(yōu)點集于一體。其具體優(yōu)點如下:(1)爐體可一次澆注成型,取消了傳統(tǒng)的先澆注輕質隔熱料再澆注重質澆注料的繁瑣、重復性的施工過程,既耐火又保溫,且降低了整個爐體的砌筑重量,使爐體結構輕型化;(2)解決了各類爐頂耐火材料重量大、隔熱效果差的難題,由于爐頂?shù)闹亓拷档?減少了爐頂?shù)鯍熹摻Y構的需要量;(3)使占爐壁總厚度2/3的耐火爐墻的散熱損失降低了75%左右,節(jié)省了燃料,也改善了工人的操作環(huán)境;(4)粒狀耐火纖維澆注料最適應于高爐熱風爐爐襯,石化的管式加熱爐爐襯,熱電廠鍋爐爐頂?shù)拿芊獗?各類高溫、高速熱風管道的保溫,各類燃油、燃煤的熱處理爐,以及用作承受較高壓力的轉爐、高爐、焚燒爐、回轉窯、有色爐、全氫強對流罩式爐燒嘴區(qū)等高溫熱工設備的保溫層;(5)由于粒狀耐火纖維澆注料耐高溫、強度大、熱導率低,因此,460mm厚的加熱爐復合爐墻完全可以用380mm的粒狀耐火纖維澆注料單層爐墻取代;(6)由于粒狀耐火纖維澆注料中的低熱導率、低體積密度的纖維顆粒占澆注料總體積的40%～50%,所以其蓄熱量小,爐體升溫、降溫快,提高了爐子的熱敏性,降低了待熱、臨時停爐等能源的消耗,能適應爐溫的自動化控制;(7)目前,煉鋼廠烘包器鋼包蓋工作層的使用壽