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耐火浇注料在烘烤阶段就出现爆裂的原因及解决措施
来源: AnyBody | 日期: 2021-02-02 | 点击: 1230 | 打印本页 | 返回列表  


耐火浇注料在使用前的烘烤为其生产过程中重要的一环,浇注料烘烤制度制定合理与否决定其坯体烘烤的好坏,进而直接影响其使用性能、厂家的生产过程及经济效益。传统的浇注料烘烤制度的制定通常简单强调控制两个节点:100~150℃与250~350℃,即自由水的排除于结晶水的排除,但据此确立的烘烤制度在烘烤过程中时常发生浇注料坯体的剥落甚至爆裂,因此对浇注料烘烤制度的指定还需要根据其损坏的原因,合理分析烘烤过程中浇注料物性变化,严格制定其烘烤制度。

一、爆裂原因分析
浇注料爆裂为两方面原因所致,一是烘烤时内部产生的蒸汽压力,二是因温度梯度所引起的内部热应力爆裂。
1.1蒸汽压力致爆裂
蒸汽压力致爆裂的机理主要是耐火制品中自由水、结合水等在烘烤过程中蒸发,在坯体内部产生带压气体,如制品透气性差,或加热速率过快,产生的蒸汽无法及时排除而聚集形成的压力超过制品的极限强度时,将导致耐火制品机械性破坏,甚至粉碎性炸裂。
耐火浇注料烘烤时其内部蒸汽压力的形成不能简单用水和蒸汽的温度—压力关系来说明,综合可知原因如下:
(1)耐火浇注料内部蒸汽压力升高机制:烘烤过程中的耐火浇注料内部存在饱和水蒸气阻隔墙效应,受饱和层的阻隔,水蒸气不能快速向内迁移,只得进入加热层,被进一步加热升温,体积急剧增加至上千倍,从而在浇注料内部形成很高的蒸汽压力;
(2)蒸汽压力爆裂机理的影响因素:主要有形成的水蒸气压力大小、水(气)排除的方式、坯体强度、内部结构及透气度。

1.2热应力致爆裂
浇注料烘烤过程中内部热应力的作用机理可理解为制品在烘烤时内部颗粒周围产生两向或三向热应力,由于浇注料本身为一复杂非均质系统,热应力随着温度梯度的升高而升高,进而在颗粒或其周围薄弱处形成微小但能量较高的裂缝,当达到某一值时,或与孔蒸汽压力等其它因素结合在一起,形成比制品自身抗拉强度更高的拉应力,从而导致破坏的发生。
二、解决耐火浇注料爆裂的措施
目前,改善耐火耐火浇注料抗爆裂性的措施主要有2种,合理的干燥升温制度以及防爆添加剂的运用。受限于各窑炉生产条件不一,较难制定统一合理的干燥升温制度,因此,常采用加入防爆裂物质的方式来改善耐火浇注料的抗爆裂性。


新型高强抗侵蚀浇注料具有优良的抗侵蚀性和较好的抗热震性,使得其广泛用于大型窑炉关键部位内衬。在生产过程中通过结构、颗粒级配、材质、添加剂等方面对提高其抗爆裂性能进行了调整,但同时也带来了一些问题,如凝结速度过快、硬化延迟和流动性瞬间丧失等,致使耐火浇注料爆裂时有发生。
针对高强抗侵蚀耐火浇注料在使用过程中时常发生爆裂,爆裂厚度为50~100mm,拟选用目前耐火浇注料较为常用的一种聚丙烯防爆纤维,改善或解决此类问题再次发生。聚丙烯防爆纤维其为聚乙烯材质,纤维较细,长径比较大,因此比表面积较大,有助于软化熔融,当然亦和材料本身成分熔点低有有一定关系。
耐火浇注料的剥落爆裂机理指耐火浇注料是由其烘烤过程中产生的高蒸汽压力及不均匀的热应力共同作用结果。耐火浇注料在烘烤过程中内部蒸汽大量的产生特别是浇注体内结晶水的挥发,容易在150~250℃之间通过气孔挥发至耐火浇注料的表面。如果此时温控不当,浇注料内蒸汽压过大就会造成浇筑体炸裂,所以采用聚乙烯防爆纤维利用其低熔点低熔融的物理特性,在耐火浇注料烘烤过程中内部蒸汽大量产生的温度区间(150℃~220℃)时形成聚乙烯防爆纤维的熔融产生离隙,形成间距造成拉拔效应,促使结晶水的内蒸汽挥发过程中对浇筑体的膨胀影响缩减到最小。

耐火浇注料添加防爆纤维后在使用过程中还需要考虑纤维熔融后对浇注料孔隙、强度、耐腐蚀与耐磨性能的影响,不同特征材质的防爆纤维软化熔融温度对耐火浇注料抗爆裂性能的影响并非唯一,防爆纤维的外观形貌、长度、直径、材质成分等亦共同影响耐火浇注料防爆裂性能,且耐火浇注料本身诸如体密、强度、气孔率、透气度等多重因素影响也都不是完全没有可能造成耐火浇注料的爆裂,所以造成耐火浇注料的爆裂因素较多,还需深入研究。



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