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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

2021-05-24 09:39:47      点击:

耐火浇注料在使用前的烘烤是其生产的重要环节,浇注料烘烤制度的制定是否合理,直接影响到其坯体的烘烤质量,也直接影响到厂家的生产工艺和经济效益。常规浇注料烘烤制度的制定一般只强调控制两个节点:100~150℃和250~350℃,结晶水不能无浇注料,但据此建立的烘烤制度在烘烤过程中,经常会发生浇注料坯体剥落甚至爆裂等现象,所以要指定浇注料烘烤制度,耐火材料还要根据其损坏的原因,合理分析烘烤过程中浇注料的物性变化,严格制定其烘烤制度。

  一,爆炸原因分析。


  浇注料发生爆裂有两个原因,一是烘烤过程中内部产生的蒸汽压力,二是温度梯度对浇注料内部产生的热应力。


  1.1压力引起的爆裂。


  蒸气压爆裂的机理主要是由于耐火材料在烘烤过程中,自由水蒸发、结合水蒸发等,使坯料内部产生压气,如制品透气性差,或加热速度过快,产生的蒸气不能及时排除而聚集形成的压力超过耐火材料的强度时,会引起耐火材料机械性能的破坏,甚至发生粉碎破裂。


  耐火药浇铸料在烘烤过程中其内部蒸汽压力的形成不能简单地用水蒸气的温度—压力关系来说明,综合可知原因如下:


包头耐火材料


  (1)耐火浇注料内部蒸汽压力增高的机理:烘烤过程中,耐火浇注料存在饱和水蒸气阻隔墙效应,饱和水蒸气不能迅速向内移动,只有进入加热层才会进一步加热,使其体积急剧增大到千百倍,因而在浇注料内部形成较高的蒸汽压力;


  汽压爆裂机理的影响因素:主要有汽压形成的大小、水(气)排出的方式、坯体的强度、内部结构和透气性。


  1.热应力引起的爆炸。


  浇注料烘烤时内部热应力的作用机制可以理解为制品在烘烤时内部颗粒周围会产生二向或三向的热应力,因为浇注料本身是一个复杂的非均匀体系,热应力随温度梯度的增加而增加,进而在颗粒或其周围的薄弱部位形成微小的、裂纹,当裂纹达到值时,或与孔蒸汽压力等其他因素结合,形成比制品本身抗拉强度高的拉应力,从而造成破坏。


  解决耐火浇注料爆裂问题的对策。


  当前,提高耐火浇注料抗爆性能的措施主要有两个方面,一是合理的干燥升温制度,二是使用防爆添加剂。由于各种窑炉生产条件不同,难以制定出统一、合理的干燥升温制度,因此,常采用添加防爆裂物质的方法,以提高耐火浇注料的抗爆性能。


  新研制的高强度抗侵蚀浇注料具有良好的耐蚀性和抗热震性能,可广泛应用于大型窑炉关键部位衬砌。通过结构、粒度、材料、添加剂等措施,对生产过程中抗爆裂性能的作了的调整,但也带来了凝结速度过快、不及时硬化和瞬时丧失流动性等问题,导致耐火浇注料爆裂现象时有发生。


  由于高抗蚀性的耐火浇注料在使用过程中经常发生爆裂,爆裂厚度为50~100mm,建议选用一种目前耐火浇注料比较常用的聚丙烯防爆纤维,以或解决这类问题的再次发生。PP防爆纤维其材质为聚乙烯,纤维较细,长径较大,因此比表面积较大,有利于软化熔融,当然也与材料本身的成分熔点低有关。


  抗火浇料的剥落爆裂机理是指抗火浇料在烘烤过程中,受到较高的蒸汽压力和不均匀的热应力的共同作用。抗火性浇注料在烘烤过程中内部产生大量蒸气,特别是浇注体内结晶水的挥发,通过气孔在150~250℃之间挥发到抗火性浇注料的表面。若此时温度控制不当,浇注料内部蒸汽压力过大将导致浇筑体炸裂,因此采用聚乙烯防爆纤维,利用其低熔点低熔融的物理特性,在高温浇注料烘烤期间,由于内部蒸气产生大量温度差(150℃~220℃)而产生的熔融聚乙烯防爆纤维产生的空隙,形成间隙,造成拉拔效应,促使结晶水的内蒸汽挥发过程对浇筑体的膨胀影响降低。


  在使用过程中还应考虑到纤维熔融对浇注料的孔隙、强度、耐腐蚀和性能的影响,不同特性材料防爆纤维的软化熔融温度对耐火浇注料的抗爆性能的影响并非惟一的,而防爆纤维的外观形貌、长度、直径、材质成分等因素也共同影响着耐火浇注料的抗爆性能,而耐火浇注料本身的体密、强度、气孔率、透气性等多重因素也并非不能引起耐火浇注料的爆裂,因此,耐火浇注料的抗爆因素较多,仍需进一步研究。


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