【防爆纖維】澆注料發(fā)展趨勢一片大好
第一次使用硅溶膠作為結(jié)合劑后,硅溶膠取代鋁酸鈣水泥(以下簡稱 CA),具有 LCC 和 ULCC 的所有優(yōu)點,同時解決了它們大部分的缺點。硅溶膠作為耐火澆注料的結(jié)合劑,其原理是成熟的溶膠-凝膠技術(shù),已經(jīng)被應(yīng)用在高技術(shù)陶瓷基體上,具有易于成型、均勻性好、燒結(jié)溫度低等優(yōu)點。在澆注料中加入硅溶膠后,硅膠-凝膠包圍著耐火材料顆粒,經(jīng)干燥,凝膠的骨架結(jié)合這些顆粒形成初始強度。在 A12O3質(zhì)和鋁硅質(zhì)的澆注料中,由于減少了 Ca O,其高溫性能有了提高。因為有較高的致密性、粘結(jié)度及堿度,硅溶膠結(jié)合的澆注料有更好的粘結(jié)性和自流性。從 1989 年開始,硅溶膠結(jié)合的耐火澆注料就開始了工業(yè)應(yīng)用,可泵送的澆注料在 A12O3-Si O2和 A12O3-Si O2-Si C-C 系統(tǒng)中應(yīng)用非常成功。
凝膠結(jié)合的澆注料系統(tǒng)另外一個獨特的性能是:它與 LCC 及 ULCC 不同,其性能不受施工時添加的結(jié)合劑的影響。
澆注料的進一步研究表明,在堿性條件下,基質(zhì)料漿中的 電位變大,穩(wěn)定性增強,料漿的粘度降低,流動性提高。硅溶膠的 PH 值一般在 9~10,在相同條件下,加入硅溶膠的澆注料與加入 CA 的澆注料相比,其燒后的耐壓強度和抗折強度要提高 1 倍左右,顯氣孔率降低 10%以上。
從上世紀 80 年代末開始,澆注料所用的原材料也有了巨大的變化。低氣孔電熔剛玉、電熔莫來石、電熔鋯剛玉、電熔尖晶石、電熔鋯剛玉尖晶石、電熔鎂砂、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉(又分傾倒爐和脫殼爐)等一大批高檔電熔制品先后進入耐火材料市場。燒結(jié)剛玉、板狀剛玉、燒結(jié)尖晶石、燒結(jié)莫來石燒結(jié)鎂砂、均化高鋁料、輕質(zhì)多孔熟料等高溫煅燒原料也紛紛進入市場,燒結(jié)原料由于其燒結(jié)設(shè)備不同(分豎窯、倒焰窯、梭式窯、回轉(zhuǎn)窯、隧道窯等燒成設(shè)備),原料選擇及工藝不同(分高純原料、天然原料、礬土基原料、二步煅燒原料、合成原料等),檔次可分高、中、低檔等多個品級。
隨著耐火材料理論基礎(chǔ)研究的不斷深入,以及電熔、燒結(jié)工藝設(shè)備的日漸成熟,一批高科技含量的新型陶瓷材料也加入了耐火原材料的隊伍。這些品種是Si3N4、塞隆、阿隆、鎂阿隆、礬土基 β-Si Al ON、礬土基 Mg Al ON 等,這些高級耐火材料的主要特點是:①高熔點(2000℃以上);②優(yōu)良的力學性能(高強度、高硬度);③優(yōu)良的抗熱震性能(熱導(dǎo)率高);④對金屬溶液及熔渣不潤濕,具有良好的抗侵蝕性能。
新型陶瓷材料的研究和批量生產(chǎn),引起了澆注料研究的進一步深入,非氧化物—氧化物復(fù)合澆注料日漸興盛,其中含碳質(zhì)澆注料也隨之興起,各種防氧化劑及其機理研究方興未艾。大高爐鐵溝的整體澆注是非氧化物—氧化物復(fù)合澆注料使用的最典型代表之一。
有報道稱,在塞隆增強 Al2O3-Si C-C 澆注料中,加入采用硅鋁凝膠粉取代CA 作結(jié)合劑,既有利于降低 β-Si Al ON 的生成溫度,又可以減少材料中的低熔物質(zhì)。分布均勻、發(fā)育良好的粒狀 β-Si Al ON 的形成可以提高 Al2O3-Si C-C 澆注料的強度。在剛玉澆注料中,如果加入納米碳酸鈣,熱處理后與基質(zhì)中的氧化鋁反應(yīng)生成片狀的六鋁酸鈣,對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。而加入納米 Si O2時,能夠明顯改善剛玉澆注料的常溫物理性能,但使其抗熱震性能降低。
澆注料的最新技術(shù)還有:稀土氧化物的引入(有 Y2O3、LaO3、Nd2O3、Ce2O3等); 原位反應(yīng)增強技術(shù)(加氮化硅固溶到氧化鋁中形成 Si Al ON,提高澆注料強度。Si Al ON 是 Si3N4中 Si 和 N 原子分別被 Al 和 O 部分置換后形成的固溶體,它不僅具有 Si3N4的強度、耐熱性和硬度,而且比 Si3N4具有更好的化學穩(wěn)定性、韌性和抗氧化性)。
總體歸納起來,澆注料的技術(shù)發(fā)展趨勢有如下四個方面:
(一) 材質(zhì)由中性、酸性氧化物材料向堿性氧化物材料和氧化物→非氧化物復(fù)合材料發(fā)展,由低純度向高純度發(fā)展,所用的原材料由以天然耐火原料為主向人工合成耐火原料發(fā)展。
(二) 結(jié)合方式由水合結(jié)合→化學結(jié)合→水合結(jié)合+凝聚結(jié)合→ 凝聚結(jié)合方向發(fā)展 。實際上是由會帶入高雜質(zhì)的結(jié)合劑向低雜質(zhì),甚至無雜質(zhì)的結(jié)合劑方向發(fā)展,即向高純度方向發(fā)展。
(三) 作業(yè)性能由難觸變→易觸變→無觸變易流動方向發(fā)展,從流變學觀點來說,即從塑性→彈性→粘性→塑性→彈性→粘塑性方向發(fā)展。
(四) 調(diào)和用水量由高水分→低水分→無水分發(fā)展,實際上是由低密度向高密度發(fā)展。這樣使得新材料、新品種出現(xiàn),從而適用于更苛刻的使用條件,擴大使用范圍。
在上述技術(shù)發(fā)展趨勢的推動下,不定形耐火材料發(fā)生了更新?lián)Q代的變化,出現(xiàn)了不少高技術(shù)新型不定形耐火材料。
澆注料的發(fā)展除純技術(shù)方面外還有如下趨勢:即不斷提高澆注料綜合性能(優(yōu)良的性價比),開發(fā)堿性等低水泥系列澆注料新品種,解決應(yīng)用技術(shù)中的難題進一步擴大澆注料的應(yīng)用范圍,與其它品種耐火澆注料綜合筑爐,盡可能提高窯爐的使用壽命,降低筑爐成本和獲得更大經(jīng)濟效益。
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