耐火纖維澆注料的結(jié)構(gòu)與性能

耐火纖維澆注料的結(jié)構(gòu)與性能

目前，國(guó)內(nèi)外開發(fā)生產(chǎn)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(zhì)隔熱,但是強(qiáng)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(shuō),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(qiáng)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(xué)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(qiáng)度、耐高溫的性能,又具備低體積密度、低熱導(dǎo)率的隔熱性能。粒狀耐火纖維顆粒的研制成功,進(jìn)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(jī)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(zhì)料中,對(duì)整個(gè)制品的機(jī)械性能有很大影響:1)球(柱)狀骨料所形成的應(yīng)力小,而帶有尖角的無(wú)規(guī)則形狀的骨料形成的應(yīng)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(zhì)作用的有效面積最小;3)球(柱)狀骨料不會(huì)破壞制品的連貫性,而片狀和無(wú)規(guī)則骨料是交叉、貫穿分布的,對(duì)基體的切割嚴(yán)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(qiáng)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(hù)層(以確保澆注料的加水量和收縮量與常規(guī)重質(zhì)澆注料的基本相同),且有一定的強(qiáng)度,它與耐火基質(zhì)料混合澆注成型后烘烤到100℃左右時(shí),其表面的保護(hù)層能全部揮發(fā)掉,纖維與基質(zhì)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(qiáng)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(qiáng)度和最佳隔熱效果。耐火纖維形成顆粒,使自身強(qiáng)度突躍式提高,其本身為交叉網(wǎng)絡(luò)形成橋聯(lián)結(jié)構(gòu),能抵抗外力,阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,從而提高其本身的韌性和強(qiáng)度。橋聯(lián)是高溫增韌補(bǔ)強(qiáng)的措施之一,當(dāng)耐火纖維顆粒承受來(lái)自多方向的尖端應(yīng)力時(shí),其裂紋碰到橋聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)偏離原來(lái)的侵入方向或分岔,這種改變了應(yīng)力方向的裂紋,可吸收大量的斷裂能量,從而可對(duì)基體起到增韌、補(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)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(huì)使耐火纖維喪失自身多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn);但有形狀而不規(guī)則再加上分散不均勻,也會(huì)使耐火材料的強(qiáng)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(wú)規(guī)則形狀的纖維棉,則纖維氣孔中會(huì)填滿散狀料的細(xì)粉,其強(qiáng)度和隔熱效果將會(huì)大大降低。因?yàn)樵诔Ｒ?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(guò)程中,纖維棉的每個(gè)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(xì)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(dòng)篩除渣→混配(加入結(jié)合劑、防水劑和增塑劑等)→擠壓塑性坯料→造粒機(jī)造?！B續(xù)烘干→篩分→成品入庫(kù)。耐火纖維顆粒的主要性能指標(biāo)如下:顆粒規(guī)格為?3mm;堆積密度為0.7～0.8g·cm-3;耐壓強(qiáng)度(110℃24h)為12MPa(用單個(gè)?3mm×4mm的近球形柱狀顆粒測(cè)試);抗折強(qiáng)度(110℃24h)為5.2MPa(用單個(gè)?3mm×4mm的近球形柱狀顆粒測(cè)試);熱導(dǎo)率(500℃)為0.082～0.130W·(m·K)-1。從上述指標(biāo)可以看出,耐火纖維制成顆粒狀后,其熱導(dǎo)率變化不大,氣孔率仍很高,但其強(qiáng)度都增加了80～100倍。這為制作高強(qiáng)度的耐火纖維澆注料提供了優(yōu)質(zhì)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(yàn)過(guò)程主要熱導(dǎo)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(zhì)耐火纖維澆注料,既具備了重質(zhì)耐火澆注料的耐高溫、高強(qiáng)度和高溫收縮率低的特點(diǎn),又具備了輕質(zhì)隔熱澆注料的低熱導(dǎo)率和較低容重的特點(diǎn)。幾種耐火澆注料性能指標(biāo)對(duì)比見表1。可見,重質(zhì)澆注料中,如高鋁質(zhì)低水泥澆注料,其110℃烘干耐壓強(qiáng)度大多在40～50MPa,1300℃燒后的耐壓強(qiáng)度為70～75MPa,但其平均熱導(dǎo)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(qiáng)度基本相同的條件下,其熱導(dǎo)率(500℃)卻只有0.32W·(m·k)-1左右,降低了3～5倍。粘土結(jié)合澆注料是20世紀(jì)70～80年代應(yīng)用較早的不定形耐火材料,當(dāng)時(shí)大多用在軋鋼加熱爐爐體的整體澆注上,它在500℃時(shí)的熱導(dǎo)率為0.56～0.68W·(m·K)-1,但其耐壓強(qiáng)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(dǎo)率還高出50%左右。高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的出現(xiàn),提高了爐墻整體澆注的保溫隔熱技術(shù),但大多數(shù)輕質(zhì)隔熱澆注料的使用溫度低,強(qiáng)度小。如普通磚砂輕質(zhì)澆注料、多孔熟料輕質(zhì)澆注料和陶粒輕質(zhì)澆注料等,在110℃烘干的耐壓強(qiáng)度僅為6～8MPa,高溫加熱后的強(qiáng)度反而下降,1200℃燒后耐壓強(qiáng)度<6MPa;目前的氧化鋁空心球耐火澆注料和莫來(lái)石質(zhì)高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料在110℃烘干后耐壓強(qiáng)度雖然達(dá)到15～20MPa,但在高溫下強(qiáng)度卻提高不多,約20～30MPa,其熱導(dǎo)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(jié)構(gòu)及用飛焦?fàn)t爐頂冷焦?fàn)t粒狀耐火纖維澆注料在技術(shù)和工藝上是一次創(chuàng)新,它將重質(zhì)耐火澆注料和輕質(zhì)耐火保溫隔熱澆注料的優(yōu)點(diǎn)集于一體。其具體優(yōu)點(diǎn)如下:(1)爐體可一次澆注成型,取消了傳統(tǒng)的先澆注輕質(zhì)隔熱料再澆注重質(zhì)澆注料的繁瑣、重復(fù)性的施工過(guò)程,既耐火又保溫,且降低了整個(gè)爐體的砌筑重量,使?fàn)t體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)于高爐熱風(fēng)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(fēng)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(zhuǎn)爐、高爐、焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯、有色爐、全氫強(qiáng)對(duì)流罩式爐燒嘴區(qū)等高溫?zé)峁ぴO(shè)備的保溫層;(5)由于粒狀耐火纖維澆注料耐高溫、強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率低,因此,460mm厚的加熱爐復(fù)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(dǎo)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(shí)停爐等能源的消耗,能適應(yīng)爐溫的自動(dòng)化控制;(7)目前,煉鋼廠烘包器鋼包蓋工作層的使用壽