耐火可塑料是一种在较长时间内具有较高可塑性、呈硬化膏状的不定形耐火材料。它是由一定级配的颗粒料、细粉以及适量的结合剂、增塑剂和水组成的。
耐火可塑料的配方与理化性能取决于集料的性能、粒度级配、结合剂和添加剂的性质与加入量、制备工艺等。耐火可塑料应满足下列要求:
1)要具有一定的可塑性,以便于施工。
2)要有一定的保存期,以保证在指定的存放期内成型性能不变。
3)要具有一定的常温强度和高温强度,以利于施工后拆除框架或搬动,以及在使用中承受各种高温热应力而不破坏。
4)要具有一 定的高温体积稳定性,以防止因变形过大而造成炉衬结构的破坏,从而延长使用寿命。
高铝质耐火可塑料可以由于采用不同的结合剂和保存剂而有不同的可塑性;而加入不同的掺加剂可以改变高铝质可塑料的高温性能。
一、磷酸结合高铝质可塑料
1、原料
配制高铝质可塑料的粗骨料(5~3mm)用二级高铝矾土熟料。中骨料(<3mm)和细粉料(<0.1mm)采用一级高铝熟料。
高铝质可塑料中要配入10~15%的生粘土。由于生粘土的Al2O3含量低、耐火度低,故配以一级高铝细粉来提高基质的Al2O3含量,使其在高温长期使用中能生成较多的莫来石,以改善使用性能。
可塑料的塑性依靠加入生粘土而得到。生粘土不但起着塑性剂的作用,同时也起着结合剂的作用。因此,要求生粘土塑性大、收缩小、耐火度高、烧结性好。
为了提高高铝质可塑料在高温下的体积稳定性,可部分加入锆英石粉和电熔刚玉粉作掺合料。结合剂采用工业磷酸,浓度为85%,比重为1.67。
2、保存剂
为了延长高铝质可塑料发生凝结硬化的时间,需要加入保存剂。草酸、柠檬酸、琥珀酸、葡萄糖酸和酒石酸、废蜜糖等都可作为磷酸结合高铝质可塑料的保存剂。其中以草酸的效果为最好。草酸的加入量可根据保存期的长短加以调整,草酸:磷酸(浓度为85%)的比值一般为1:3至1:1。使用草酸量适当,可把保存期延长到六个月以上。
但是,草酸价格较高,大量使用尚有困难。以制糖的副产品-废蔗糖蜜作为可塑料的保存剂,可使高铝质可塑料在保存期内获得较好的可塑指数,提高热态机械强度。
废糖蜜是糖厂的下脚料,其价格比草酸的价格低得多,而且废糖蜜货源充足,可大量用于可塑料生产。因此,废蔗糖蜜是可塑料生产中价廉物美的保存剂。
废蔗糖蜜的主要成分是:蔗糖32.5%,还原糖19.8%,水分12.7%,有机酸、无机酸、无机盐35%。其中最有用的是有机酸,因为它所含的苹果酸、草酸、琥珀酸及单宁酸等是目前常用的可塑料保存剂。
可塑料在保存八个月后,仍具有很高的热态机械强度和较好的抗高温剥落性。可塑料在保存中,性能得到改善和提高,是由于废蔗糖蜜中的有机酸抑制了不溶性正磷酸铝的生成,延长了保存期。而保存期的延长有利于胶结剂在粉料中充分扩散,更好地湿润粉料颗粒,胶结剂和粉料结合得更好,使可塑料的可塑性和胶结性都充分发挥出来,导致高温性能的改善和提高。所以,废蔗糖蜜是较好的保存剂。
3、制备工艺
首先把一定量的草酸或废蔗糖蜜溶于所需要的水中。将该溶液和磷酸按上述比例加入到混合均匀的细粉料中,搅拌成均匀的泥浆。将此泥浆加到混合均匀的粗集料和中集料中,继续搅拌至均匀为止。再将泥料放入湿碾机中混练5min。混练好的可塑料装入塑料袋中 ,密封保存48h便可使用。
可塑料在施工时,不需要象砌筑耐火砖时所要求的那种技术,只要用木槌或气锤把可塑料捣打成任意形状的制品即可。小范围的施工可用手锤,而大范围的施工可用汽锤。汽锤要根据施工现场选用适当的形式。用手锤或汽锤施工后趁可塑料尚未硬化,用修理工具削去施工时挤出的可塑料,整修外形、进行表面加工。整修后,为了有助于可塑料水分的排除,用打通气孔的工具,在浇注体表面上,每隔一定间距打出直径约5mm的通气孔,深度约为施工体厚的2/3。
成型后的制品,经自然干燥后脱模,并在110~150℃下进行干燥。
本产品特点是高温性能好,其强度随温度的生高而增加。由于产品塑性好,具有施工方便、适于复杂的部位和修补。
在高温热工设备上应用广泛。在火力发电厂锅炉中,适用于旋风炉和液态排渣炉的炉底内衬、燃烧器、燃烧带等的高温部位。
磷酸盐高铝质耐火可塑料技术条件:
二、Al2O3-SiC-C质耐火可塑料
在一级高铝矾土内加入SiC和C,利用简单的生 产工艺,可以制得在1600℃下使用、耐高温、抗侵蚀高温体积稳定、抗冲刷、耐磨损的可塑料及预制块。采用这种可塑料可进行整体施工,而且使用可靠,经济效益显著。
1、原料
骨料采用等高铝矾土,掺合料采用刚玉、碳化硅、石墨,增塑剂采用粘土,另加一定量外加剂。其中,石墨的固定碳含量为63%;灰分34%;挥发分2.8%。碳化硅原料的SiC含量大于95%。
原料的粒度组成如下:一级矾土熟料4~3mm 15%,3~1mm 37% ,1~0.15mm 40.5% ,0.088~0.071mm 7.5%。
刚玉粉0.088~0.071mm 92%;高铝粉小于0.088mm 95%。
工业氧化铝 0.25~0.15mm 5.4%,0.15~0.088mm 19.6%,0.088~0.071mm 32.6%;<0.071mm 42.2%。
粘土<0.5mm 100%;
碳化硅0.5~0.25mm 2.6%,0.25~0.15mm 26.8%,0.15~0.088mm 29.8%,0.088~0.071mm 10.2%,<0.071mm 30.6%;
石墨 <0.5mm 100%。
结合剂选用磷酸铝。为在使用时获得较好的胶结性能溶液,PH值应控制在2~3的之间。
2、泥料的制备及理化性能
配料采用重量法。按照设计配方加料:首先加骨料,后加结合剂,待骨料表面湿润后,再加掺合料和增塑剂。用湿碾机混练15min,混练后的泥料需困料24h以上,再用湿碾进行二次混练,调整好泥料的可塑性,然后装袋密封,贮存于阴凉处。
加缓凝剂的可塑料,贮存期一般可达3~6个月,泥料的可塑性仍然良好。
3、使用时的注意事项
合理的烘炉制度,是确保不定形耐火材料质量、提高使用效果的重要环节。由于该可塑料中大部分为瘠性料,泥料中含有碳,所以烘炉时间不宜过长,烘炉温度也不宜过高。实际烘炉程序如下:
冲天炉炉缸部位:施工完毕,炉内用木柴点火,加焦炭自燃4h,待炉内温度达到800~1000℃时加料。
出铁槽部位:在可塑料表面涂上石墨粉,然后在500~1000℃下烘烤3h,1400℃,烧结30min后即可投入使用。
Al2O3-SiC-C质可塑料工艺筒硬,性能优良,经实际使用不粘渣,抗侵蚀、耐冲刷,用后工作面光滑,是一种较为理想的材质。