不同作用的窯爐和熱工設備內襯的發展方向是使用高耐火度的隔熱材料。內襯隔熱材料主要采用由泡沫法或使用添加劑燒蝕法制備。但是生產這類產品的勞動力大、工藝復雜,制品在干燥和高溫燒成時的熱能消耗較大。按照加氣混凝土或泡沫混凝土工藝生產的水合結合(波特蘭水泥、氧化鋁水泥和高鋁水泥)、氣相結合(水玻璃)或化學結合(正磷酸、磷酸鹽結合劑)的多孔隔熱澆注料可以避免這些缺點。采用不燒的加氣隔熱澆注料能夠制備出復雜形狀的大尺寸制品,以及整體澆注內襯。
加氣隔熱澆注料的性能主要受結合劑種類及其成型所用的耐火細粉添加劑的影響。波特蘭水泥結合的隔熱加氣澆注料的最高使用溫度為900 ℃,水玻璃結合的澆注料的使用溫度1 000~1 200℃,氧化鋁水泥結合的澆注料的為1 300 ℃。使用高鋁水泥和磷酸鹽結合劑時,其使用溫度可達到1 500 ℃。
俄羅斯НИИЖБе和莫斯科鐵路運輸工程師學院進行以鋁熱渣高鋁水泥為結合劑、添加黏土細粉進行研究后,開發出了使用溫度1 300 ℃的高鋁水泥結合隔熱加氣澆注料的配方。使用電熔白剛玉研磨粉或電熔白剛玉和氧化鋁研磨粉的混合料作為添加劑時,得到了使用溫度為1 400 ℃的加氣隔熱澆注料。
研究證明了使用黏土熟料添加劑和粒度0.14~5 mm剛玉及粒度為0.14~2.5 mm的煉鉻和鐵鈦合金鋁熱熔渣為骨料,能夠時加氣澆注料的使用溫度提高到1 400~1 500 ℃。煉鉻熔渣中含有Al2O3 65~80%的、Cr2O3<10%、CaO<10%;鐵鈦合金熔渣中含有的Al2O3 56%~68%、TiO2 8%~12%、CaO 16%~24%。所研制的澆注料的基本性能列于表1。
表1 高鋁水泥結合多孔的隔熱澆注料的基本性能
編號 |
最高使用溫度 /℃
|
骨料
|
110℃干燥后平均體積密度(g·cm-3)
|
耐壓強度 /MPa
|
強度保持率/%
|
抗熱震性(空冷)/次
|
加熱到使用溫度時的收縮率/%
|
1
|
1 300~1 400
|
黏土熟料
|
0.500~1.20
|
1~10
|
≥40
|
≥15
|
≤2
|
2
|
1 400~1 500
|
剛玉
|
0.50~1.00
|
1~4
|
≥30
|
≥20
|
≤2
|
3
|
1 400~1 500
|
剛玉、氧化鋁
|
0.60~1.00
|
2~4
|
≥30
|
≥22
|
≤2
|
4
|
1 400~1 500
|
鉻渣
|
0.60~1.10
|
2.5~6
|
≥40
|
≥25
|
≤2
|
5
|
1 300~1 400
|
鐵鈦渣
|
0.60~1.00
|
3~6
|
≥40
|
≥20
|
≤2
|
用高鋁水泥結合的加氣隔熱澆注料試制的批量制品成功地用于替代價格昂貴的剛玉質磚,使用于還原性(氫氣)氣氛下承受高溫作用的熱工設備內襯上。
在烏克蘭建筑設計研究院使用由鋁熱渣熟料制成的高鋁水泥ВЦ-75 400號研制出了密度可里外不同的隔熱磚生產工藝。試驗證明,在初始的平均密度為0.60~0.70 g·cm-3時,外表面附近的最大密度達到了1 .00~1.40 g·cm-3,而且隨著向內部的深入,密度均勻下降。
為了生產出制氨管式爐內襯,研制出了以鋁熱渣高鋁水泥為結合劑以фосфозит為骨料的隔熱多孔澆注料。這種фосфозит的堆積密度為0.40~0.80 g·cm-3,耐壓強度為1.5~3.0 MPa,耐火度達1 950 ℃。為了在澆注料的水泥中生成氣孔,在混合料中添加了Ca(OH)2和鋁粉。澆注料硬化和干燥后的平均體積密度為1.35 g·m-3,耐壓強度為14.5 MPa。其最高使用溫度1 300 ℃。將фосфозит與ШЛБ-400黏土輕質骨料碎渣混合作為澆注料的骨料時可得到密度為1.23 g·cm-3、干燥后耐壓強度為6.8 MPa的多孔澆注料。1 000 ℃燒后澆注料的強度保持率達到44%。按相關標準方法測定澆注料的抗熱震時證明澆注料試樣加熱空冷循環20次后沒有損毀,且具有1.6 MPa的耐壓強度。除了管式爐內襯外,研制的澆注料被用于在氮氣環境下加熱溫度大1 350 ℃的鈦鋼和耐熱鋼坯件加熱用轉底爐爐頂內襯。
與高鋁水泥的對比分析表明,在由鋁熱渣熟料制成的水泥中存在大量的氧化鉻和氧化鈦,在水泥中形成惰性雜質,這種水泥的特點是含有較少的CaO·Al2O3,比由純氧化物燒結所得的水泥硬化慢。因此,為了快速提升強度,建議對由鋁熱渣水泥制成的澆注料進行蒸汽處理。
烏拉爾建筑設計研究院開發出了一種多孔不燒耐火材料的生產工藝,在這種材料中為了制品中生成氣孔并使之硬化,利用金屬鋁細粉和磷酸鹽結合劑的相互反應的析出氣體和放熱。骨料使用黏土熟料、剛玉、細磨(分散)的高鋁工業廢料。制得產品的密度為0.40~1.10 g·cm-3,耐壓強度1~8 Mpa,最高使用溫度1 400~1 700 ℃。用所研制的多孔材料能夠制備出大尺寸板狀制品,以及形狀復雜的制品。產品可用于玻璃熔窯的隔熱在陶瓷制品燒成窯的窯頂、加熱爐內襯,也可在鑄模保溫冒口隔熱層上使用。
綜上,使用由鋁熱渣制成的結合劑和骨料能夠擴大多孔耐火材料的品種,其性能和經濟指標不低于批量生產的輕質耐火材料。(編譯自俄刊《耐火材料與工程陶瓷》2011,№1/2)