長時(shí)期以來,人們普遍認(rèn)為耐火澆注料內(nèi)SiC的含量越高,抗堿結(jié)皮性能越強(qiáng),其對(duì)應(yīng)關(guān)系大體情況見表4-49
表4-49 SiC含量與抗結(jié)皮性的大體對(duì)應(yīng)關(guān)系
SiC含量/% | 抗結(jié)皮性 | SiC含量/% | 抗結(jié)皮性 |
0-15 | 四級(jí) | 25-40 | 二級(jí) |
15-25 | 三級(jí) | ≥40 | 一級(jí) |
按照上述要求,燒成系統(tǒng)溫度較高且堿等有害元素侵蝕以及熟料磨蝕較重的部位,如篦冷機(jī)進(jìn)料口,所配置的SiC含量高達(dá)60%-70%,在生產(chǎn)過程中,除了具備耐磨蝕的優(yōu)點(diǎn)外,還存在著價(jià)格過高和熱導(dǎo)率過大等缺陷,此外還發(fā)現(xiàn)SiC的含量與抗堿性并不呈線性關(guān)系。如何保持較強(qiáng)的抗堿性而盡量降低SiC的含量成為耐火材料公司研究的課題。通過研究,發(fā)現(xiàn)耐火澆注料和耐火磚相比,具有如下榮盛耐材點(diǎn):榮盛耐材先是孔隙率較高,養(yǎng)護(hù)烘干及生產(chǎn)使用后,孔隙率增榮盛耐材18%-25%。另一個(gè)榮盛耐材點(diǎn)是孔隙尺寸小,低水泥耐火澆注料的孔隙為0.5-1.5um,而耐火磚的孔隙尺寸為上述數(shù)據(jù)的3-5倍。也就是說,低水泥SiC耐火澆注料具有孔隙率高和孔隙尺寸小的榮盛耐材點(diǎn)。
分析SiC耐火澆注料抗結(jié)皮的主要效應(yīng)是耐火澆注料內(nèi)的SiC,在高溫的狀況下,SiC氧化和水蒸氣作用,產(chǎn)生SiO2的抗堿結(jié)皮,其反應(yīng)方程式為:
2SiC+3O2→2SiO2+2CO?????????????????????????? (4-21)
SiC+2H2O→SiO+CO+2H2????????????????????? ?????(4-22)
反應(yīng)產(chǎn)生的CO、H2經(jīng)微細(xì)的孔隙逸出,其過程如圖4-32所示。所生成的SiO2,若遇到堿性元素K+、Na+與之作用,加快此氧化過程,在此過程中,氧化速率增加10倍以上。
SiO2可將結(jié)皮物質(zhì)硫灰硅鈣石中的成分破壞,使其生成C2S,與易結(jié)皮的硫灰硅鈣石作用,生成K2SO4阻礙了結(jié)皮。
磚內(nèi)的SiC含量越高,則耐火澆注料襯體表面的黏性層越黏,阻止了氣體從微細(xì)孔徑逸出,減緩了抗堿的SiO2的生成,并不有利于抗堿侵蝕。
上述情況表明,SiC含量并不是越高越抗結(jié)皮,水泥熟料生產(chǎn)過程中,在滿足各部位抗結(jié)皮需求的前提下盡量降低SiC的含量。
國外的研究單位為減少SiC的含量,對(duì)SiC≤7%和SiC≥30%含量的耐火澆注料在不同含量的Cl2、SO3及不同溫度下進(jìn)行測(cè)試,其結(jié)果大致為:SiC≤7%和SiC≥30%兩種耐火澆注料在1200℃的高溫條件下,均具有較好的抗結(jié)皮性能,SiC≤7%較SiC≥30%抗Cl2結(jié)皮性能強(qiáng)些。
通過上述實(shí)驗(yàn),證實(shí)此類耐火澆注料中,SiC含量在5%-15%時(shí)具有優(yōu)良的抗堿結(jié)皮和抗磨蝕性能,氧化敏感性低些。
若在SiC耐火澆注料內(nèi),增加一些ZrSiO4可使?jié)沧⒘蟽?nèi)的微裂紋增加,有助于增加襯體強(qiáng)度和氧化/微細(xì)孔隙效率。
按照上述機(jī)理,Calderys耐火材料公司率先開發(fā)了SiC<10%及SiC<10%、Zr2O3<10%的兩種榮盛耐材工況溫度超過1600℃的耐火澆注料,適用于預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)的分解爐、上升煙道、進(jìn)料室部位,以及窯尾進(jìn)料錐體、窯門罩、冷卻機(jī)熱端等高溫部位。與傳統(tǒng)的SiC高含量耐火澆注料相比,榮盛耐材先是價(jià)格便宜,其次是熱導(dǎo)率下降,降低了與硅酸鈣板界面的溫度,相應(yīng)減緩了硅酸鈣板對(duì)工況溫度的需求,也減少了筒體散熱損失,見表4-50。
表4-50 Calderys耐火材料公司低SiC含量耐火澆注料性能及使用部位
產(chǎn)品 | Al2O3>35% | SiC<7% | SiC<10% Zr2O3<10% |
SiC>30% | Al2O3>75% | ||
施工方式 |
澆注 | 澆注 | 澆注 | 澆注 | 澆注 | ||
榮盛耐材工況溫度(T4)/℃ |
1427 | 1622 | 1650 | 1652 | 1700 | ||
Al2O3/% |
40 | 55 | 49.6 | 44 | 80 | ||
冷壓強(qiáng)度(110℃)/MPa |
70 | 95 | 120 | 70 | 145 | ||
冷壓強(qiáng)度(1000℃)/MPa |
70 | 140 | — | 110 | 130 | ||
熱導(dǎo)率(1000℃)/ [W/(m/.K)] |
1.4 | 1.72 | 2.35 | 4.01 | 2.35 | ||
冷壓強(qiáng)度(1200℃)/MPa |
70 | 140 | 140 | 110 | 130 | ||
MOR(斷裂模數(shù))(1200℃) |
8 | 20 | — | 17 | 14 | ||
使用部位 |
上升管道 |
900-1150℃ |
× | ×× | ××× | ×× | — |
分解爐 |
1200-1400℃ |
— | ××× | — | — | ×× | |
混合室 |
1000-1200℃ |
× | ××× | ××× | ×× | × | |
窯尾進(jìn)料室 |
900-1250℃ |
× | × | ××× | ×× | — | |
熱級(jí)旋風(fēng)筒(頂和錐) |
800-970℃ |
× | × | × | ×× | — | |
窯頭罩 |
1250-1400℃ |
— — — |
×× ×× ×× |
×× ×× ×× |
— ×× × |
×× × × |
|
冷卻機(jī)進(jìn)料口頂部彎頭部位 |
1000-1400℃ |
— | ×× | ×× | — | × |
注:×表示斷裂模數(shù),×越多則使用量越大。
隨著技術(shù)的進(jìn)展,是否會(huì)出現(xiàn)類似SiO2浸漬高鋁磚性能的抗結(jié)皮耐火澆注料產(chǎn)品,有待進(jìn)一步實(shí)踐。
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