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耐火材料行業知識

各種使用方法的不定形耐火材料

  一、自流澆注料
  在低水泥和超低水泥澆注料的基礎上發展起來的一種無需振動即可流動和脫氣的可澆注耐火材料。其特點是不降低或不顯著降低澆注料性能的條件下,適當加水就可以澆注成各種形狀的施工體,尤其適用于薄壁或形狀復雜無法振動成型的部位。澆注料由骨料,粉料和高效分散劑組成,其關鍵是超微粉粒度,數量與高效分散劑的合理運用,使澆注料能達到自流和自動鋪展開。
  二、干式振動料
  干式振動料是不加任何水或液體的耐火混合料,經振動獲得致密施工體且無需養護和烘烤便能使用的材料。其工藝原理是:摻加低、中溫高效復合燒結劑和超微粉,保證各溫度下物料的化學和陶瓷結合。合理的顆粒級配是提高干式振動料致密度和減少粗顆粒偏析的決定因素。一般干式振動料選用的顆粒級配為:粗:中:細=(20~30):(30~40):(30~40)。提高干式振動料的體積密度,能有效提高其抗侵蝕能力和熱傳導性能。
  干式振動料的材質有硅砂或硅石,鋯英石,剛玉,莫來石,堿性振動料(鎂質,鎂鋁質)和含碳和碳化硅振動料(剛玉一碳化硅一碳質,氧化鋁一碳質,氧化鎂一碳質,氧化鎂一氧化鈣一碳質等)。熱固性酚醛樹脂,硅酸鹽,硫酸鹽,硼酸鹽,磷酸鹽等可作為熱固性結合劑和陶瓷燒結劑,可根據不同使用要求合理選擇。干式振動料用于高爐出鐵溝和渣溝,有芯感應爐爐底及熔溝等具有優良的耐火性能,可滿足使用要求。
  三、耐火搗打料
  搗打料與澆注料的組成相似,其差別是搗打料的耐火粉料較多,結合劑用量較少。通常搗打料多用于與熔融物直接接觸的部位,所以要求搗打施工體要有良好的體積穩定性,致密性和耐侵蝕性。一般選用燒結良好或電熔材料作為搗打料的骨料和粉料。其材質比較廣泛,有黏土質,高鋁質,鎂質,白云石質,鋯質及碳化硅質,鋯碳質等。根據使用需要和骨料材質選用合適的結合劑,如酸性搗打料常用硅酸鈉,硅酸乙酯和硅溶膠等做結合劑,堿性搗打料使用鎂的氯化物和硫酸鹽以及磷酸鹽及其聚合物做結合劑,也常用含碳較高,高溫下形成碳結合的有機結合劑。鋯質搗打料常用芒硝做結合劑,白云石搗打料用焦油瀝青或樹脂做結合劑等。有些搗打料不用結合劑而用少量助熔劑,以促進其燒結。
  搗打施工質量十分重要,通常用氣錘搗打或用搗打機搗打,搗打一次加料厚度約為50~150mm。耐火搗打料可以在常溫下進行施工,如采用可形成碳結合的熱塑性有機材料做結合劑,多采用熱態攪拌的方法,將混合料攪拌均勻后立即施工,成型后依據混合料的硬化特點采取不同的加熱方法促進硬化和燒結。對含有無機質化學結合劑的搗打料,當自行硬化達到相當強度后即可拆模烘烤。含有熱塑性炭素結合劑的材料,待冷卻至具有相當強度后再脫模,脫模后,在使用前應迅速加熱使其碳化。不含常溫下硬化結合劑的材料,常在搗實后帶模進行燒結。耐火搗打料的燒結,既可在使用前預先進行,也可在第一次使用時采用合適的熱工制度的熱處理來完成。搗打料的烘烤制度,根據材質不同而異。
  四、耐火噴涂料
  耐火噴涂料是用噴槍將耐火混合料噴射到受噴面上,是筑爐和補爐的一項新工藝。
  按材料體積密度分有輕質噴涂料(0.5~1.3g/cm3),中重質噴涂料(1.3~1.8g/cm3)和重質噴涂料(大于1.8g/cm3)。輕質用于保溫和隔熱襯,中重質既可隔熱又可作為中、低溫爐工作襯,而重質噴涂料主要用做工作襯里。
  按加水(或溶液)的數量和順序又分為以下幾種方法:(1)濕法,先將噴涂材料拌成泥漿后再噴涂;(2)半干法,先將噴涂材料濕潤,壓送到噴嘴處再加剩余的水(或溶液);(3)干法,水(或溶液)全部在噴嘴處加入。其中以半干法最為普遍,其工藝要點如下:
  配料:重質噴涂料的骨料和粉料普遍選擇硅酸鋁材料,臨界顆粒尺寸小于5mm,采用鋁酸鹽水泥和水玻璃結合,一般水泥為20%~25%,水泥過多,粉塵量增加,噴涂層收縮也隨之增大。
  中重質噴涂料是在重質的基礎上摻加3%~6%的膨脹珍珠巖或5%~10%的多孔熟料配制而成的。
  輕質噴涂料的品種較多,有黏土多孔熟料,輕質磚砂,陶粒和珍珠巖等。
  耐火噴涂料在噴涂過程中,耐火骨料的回彈率和粉料的飛揚,致使顆粒級配發生較大變化,也影響噴涂料的性能。因此必須調整顆粒級配,使噴涂粉塵少,黏附性好,還不會使輸送管道堵塞,滿足噴涂的實際要求。
  噴涂的效果不但取決于材料本身,也決定于噴涂機具和噴涂工藝參數,噴涂料的施工配合比,必須根據試噴情況調整和選定,才能進行噴涂。
  噴涂作業對于保證噴涂料的質量和回彈量有重要影響。噴槍口與受噴面的距離一般控制0.8~1.2m之間。噴槍口與受噴面應保持垂直方向。由于噴涂料的骨料質量大,在噴射流中運動易回彈,耐火粉料和結合劑的質量小,在噴射流外部運動易飛揚,因此噴槍口應以螺旋形軌跡移動,噴涂風壓一般為0.1~0.6MPa,一次噴涂厚度以噴涂料不滑移或不墜落為準。但每次噴涂層也不宜太薄,以免增加回彈率。以鋁酸鈣水泥結合的耐火噴涂料,向上噴涂時為20~50mm;水平噴涂時為~60mm;向下噴涂時為50~100mm。
  回彈率:即回彈失落(未黏附)的料量與噴射出的總料量之比。與多種因素有關,其中與噴涂的部位關系很大(底板或平板回彈率為5%~10%;傾斜或垂直壁面為10%~20%;向上噴涂25%~%)。同時,開始噴涂時回彈率較大,當附著噴涂料形成塑性層后,粗骨料易嵌入,回彈率逐漸減少,一次噴涂厚度不宜小于20mm;貜椀牧,水泥含量很少,主要為粗骨料,不宜再利用。當噴涂料初凝后,用刮刀將模板或基線以外多余物料刮掉,然后再噴漿或抹灰整平。
  五、耐火噴補料
  噴補是用噴射施工方法修補熱工設備內襯。使爐襯達到或接近均衡損毀。并能有效地延長爐襯壽命,降低耐火材料消耗。而且施工簡便,工期短。
  根據耐火材料的狀態分為:半干法和濕法噴補;根據輸送氣體的溫度分為:冷態和熱態噴補。
  半干法冷噴補是噴補料通過噴槍尾端的水環孔眼與水混合并由壓縮空氣噴射到噴補面上的一種方法。水的用量可根據噴補情況隨時調整,一般在10%~20%之間波動。水最合適的數量取決于許多條件,并決定于試驗。水不僅形成水流,然而它又像壓縮空氣一樣起到輸送劑的功用,并參與噴涂層的形成。力求增加水分。如果進行熱面噴補,多余的水可能使熱面嚴重冷卻,對堿性耐火材料還有害,而且接觸地帶又急速形成蒸汽,確定噴補料水分最佳值造成困難。而在冷表面噴補時,可能造成過剩的水滾落或涂抹層噴補泥料脫落,并造成氣孔率和收縮增大。
  耐火噴補料制備的關鍵有以下幾點:一是合理選用主要原料的材質;二是選擇合適的結合劑和添加劑;三是確定最佳的顆粒組成。對于添加劑,如常用增塑劑有:黏土和羧甲基纖維素,助燒結劑有:氧化鐵,蛇紋石,橄欖石,硼砂等。
  任何噴補料的顆粒組成對噴補質量起重要作用。大多數采用細顆粒料,可以使噴補料容易黏住內襯,并隨后燒結。如焦爐硅磚砌體的噴補料(硅石和廢硅磚的碎塊)采用下列顆粒組成:
  0.5~0.2      20%~23%
  0.2~0.06     30%~35%
   <0.06mm      45%~40%
  顆粒組成取決于噴補層的厚度。厚度小于10~15mm的噴補層,適當采用細分散泥料,因為這種厚度的單獨收縮不起作用。如果噴補層厚度到300mm,收縮影響較大,顆粒組成向增加大顆粒方向改變。噴補機能夠輸送更大的顆粒(10mm),半干法噴補比濕法粗顆粒多,臨界顆粒也較大,有時達3~7mm,甚至更大。
  顆粒組成對噴補過程的回彈及噴補回彈效應有影響。噴補料可能掛上原內襯的致密層,然而同時也可能被彈回。這樣一來,噴補料同時出現兩種現象:正的——造成致密層和堅固層;負的——噴補料消耗增大(其中有寶貴的水泥)。實際是不可能擺脫回彈的。這與噴補本性有關的原因很多。在一股噴補流中,通常是20份材料不得不對1份空氣,同時按體積空氣約占99%,是動能的主要體現者,混合料與料中大質點表面撞擊的瞬間回彈,而僅有水泥和填料細粉以及成為塑性的黏土能夠保住。所以最初層為5~lOmm,基本由膏狀水泥和可塑的結合劑構成。隨著這個層厚度增大,大質點的骨料開始停滯在其中,然后回彈固定在一個水平上。
  回彈率不僅是顆粒組成決定的,還取決于許多
  其他因素。噴射流的運動速度,噴嘴與修補表面的距離,噴嘴對修補表面的傾斜角,混合物的組成(水泥量,添加物的存在,混合物的黏附性等),質點形狀和它的表面狀態對回彈量發生本質上的影響。
  根據實踐經驗,噴補工藝可以考慮以下參考數
  據:噴嘴與修補表面的距離要保持1~1.5m左右的范圍。泥料組成中加入小于2%的黏土物質以及石棉,使黏附性增強,對某些泥料的物理化學性質幾乎沒有影響。
  濕法噴補是將準備好的噴補料供給噴嘴。噴補
  料呈泥漿狀。濕法噴補在干燥之前有某些優越性:
  泥料有比較高的黏附性,引起回彈的損耗小得多,均勻的黏附。認為不足的地方是噴補層的氣孔率比較高及單位時間內拋出的數量減少。濕法噴補通常用于內襯薄層噴補以及內襯損傷不大的區域,預防局部損壞的地方。
  熱(火焰)噴補:用壓縮氧氣把耐火骨料,粉料,助熔劑或發熱劑等的混合物輸送至噴嘴,用高熱值燃料與其混合,瞬間耐火粉料變成熔融或半熔融狀態,進而噴射黏附到爐襯的方法。根據燃料種類分為:液體熱噴補,使用的燃料為煤油;氣體熱噴補,燃料為天然氣;固體熱噴補,燃料為煤粉。由于耐火材料質點在火焰中局部被熔化,并有好的黏附性,而且質點回彈得較少。
  用氣體和液體火焰噴補時,在天然氣或煤油的氧氣流中,細粉噴補料在爐襯的表面上形成堅固并致密的噴補層(氣孔率約3%)?墒沁@樣的層熱穩定性差,容易產生龜裂,甚至局部剝落。如果在火焰中加入20%~30%焦炭粉,同時會取得多孔的噴補層,熱穩定性更好,可是不太堅固。尺寸為1.0~0.1mm的焦炭在空氣一氧氣流(98%氧)中1400℃下燃燒時間至少0.8s,而耐火材料質點由噴嘴到噴補的表面飛行時問,如平爐后墻約為0.1s。這樣一來,在火焰中部分燃燒的燃料的主要燃燒過程在噴補層中發生,而在燃燒的地方留下開口氣孔。如果噴補層進一步發生燒結過程,會使氣孔率降低和強度提高。燒結強度,在噴補料物質成分和顆粒尺寸一定時,取決于噴補表面的溫度。例如,煉鋼爐內襯用方鎂石細粉噴補時,噴補表面的溫度應該不低于MgO-FeO和系固熔體開始變形溫度。
  用火焰噴補時,燒結噴補層的氣孔率,首先還是決定于噴補粉料的成分,例如用方鎂石細粉噴,噴補層的氣孔率約20%。用石灰噴補時,由結晶石灰,硅酸二鈣,石灰結合劑和氣孔組成的噴補層達到整體性。要使噴補層燒結,可以在噴補料中有放熱混合物,其組成如下:鋁粉4.13%,氧化鐵11%,氟化鈣1.67%,白云石16.6%和鎂砂66%。目前火焰噴補在煉鋼轉爐內襯上廣泛應用。
  用火焰噴補方法得出噴補鑄塊作業法。即耐火材料細粉在燒嘴火焰的高溫作用下,被熔化,在爐襯的表面上形成耐火材料層。硅酸鋁噴補鑄塊與普通燒成制品比較:當化學成分相同時,提高了耐磨性,然而高溫荷重變形指標更低,其強度相當于熔融耐火材料。已在加熱爐爐底、中間包、混鐵型鐵水罐等的金屬流沖擊層應用。
  六、耐火涂抹料
  顧名思義,即用手工或機械涂抹在其他耐火材料表面上的材料。這種料的組成與其他不定形耐火材料差不多,只是骨料顆粒要小些,加水調節呈膏狀,有一定的可塑性?墒菓玫哪突鸩牧戏秶容^廣泛,有硅質,鎂質,剛玉質,硅鋁質,鎂鋁質,鋁鋯質,尖晶石質,碳化硅質等。結合劑種類也比較多,如鋁酸鈣水泥,磷酸鹽,硫酸鹽,硅酸鹽等,通常加入適量的可塑黏土,微量添加劑。
  涂抹料的應用也比較廣泛,大致分為3種:(1)制作襯體;(2)做保護層;(3)做密封涂料。在某些場合采用多種材料制成復合涂層,使用中發揮每一種涂層的特長,以達到最佳的使用效果。
  在涂抹前必須把被涂基面清理干凈,保持適宜的溫度。某些部位還要在基面上刷一層特定的泥漿,然后將配制好的涂抹料按順序均勻涂抹在基面上,使用前要進行干燥,然后烘烤到一定溫度再投入使用。
  七、耐火可塑料
  耐火可塑料是不定形耐火材料的重要品種,20世紀50年代中期開發的,與水泥耐火澆注料相比,具有中溫強度不下降,高溫強度高,抗熱震性好和抗剝落性強等優點,因此發展較快。
  可塑料按耐火骨料品種分為:黏土質,高鋁質,莫來石質,剛玉質,鉻質,碳化硅和含鋯質等。按結合劑分為生黏土與硫酸鋁,磷酸,磷酸鹽,水玻璃和樹脂等復合結合劑。按常溫硬化性質分為氣硬性和熱硬性耐火可塑料。
  生黏土是重要結合劑,也是基質料,要求用高可塑性黏土,一般用量為10%~15%;化學結合劑與生黏土配合使用,普遍采用密度為1.2g/cma左右的硫酸鋁溶液,一般加入量為5%~12%。
  磷酸和磷酸鹽結合劑易與黏土發生化學反應失去塑性。水玻璃帶進Na20,降低耐火性能,而且易形成薄膜,影響水分排除,不利于襯體干燥,除鉻質耐火可塑料外,一般不用。
  由于生黏土在于燥和高溫使用時產生收縮,加入藍晶石等做膨脹劑。也可加入適量的超細石英,電熔剛玉等細粉代替部分黏土,對減少收縮,提高高溫結構強度有利。外加劑還有塑化劑,增強劑,保存劑和抑制劑等,有紙漿廢液,環烷酸,木質素磺酸鹽及無機,有機的膠體保護劑均可作為增塑劑,草酸,脂肪族胺,酒石酸可作為保存劑。膨潤土,鋰輝石等為燒結劑。
  耐火可塑料的一般生產工藝流程為:配料一混練一擠泥一切坯一包裝一貯存。為了消除拌和料中的氣體,增強可塑性,混練后的泥料應困料24h以上;擠泥或再加真空脫氣措施,可塑料的質量’
  會更好。耐火可塑料的可塑性對施工和貯存都非常重要。生產中常以可塑性指數一一試樣受沖擊力后的塑性變形高度與原試樣高度的百分比進行控制,一般為15%~40%,實際多采用20%~%,低于20%時,泥料干硬,施工困難,高于35%時,泥料太軟,不易搗實,而且加熱后收縮也大。
  耐火可塑料使用溫度,因材質而異,如普通黏土質的為1300~1400。C,優質黏土質為1400~。C,高鋁質的為1500~1600。C,剛玉質為1500~1900℃。在工業爐上應用時,必須與非金屬或金屬錨固件共同配合使用,即用搗打、震動或擠壓方法施工襯體時,必須加錨固件及支撐件,才能發揮耐火可塑料性能的優勢,提高使用壽命。
  八、耐火投射料
  耐火投射料主要滿足投射機使用的不定形耐火材料;旧鲜怯糜阡摪鼉纫r施工。投射機的作用原則是泥料在離心力的作用下,以一定的速度從機頭拋出去,當拋出速度為60m/s時,大約相當于靜負荷壓力10MPa,投射機將泥料拋在模型和包壁之間的空隙中,干燥后形成有用的內襯,與鋼液接觸。投射機的動能耗費在投射層的致密上。內襯的密度取決于泥料數量與時間的比例(t/,內襯的轉動速度(r/min),拋出速度(m/s)和拋射角。例如150~170t鋼包內襯,建議泥料消耗0.5m3/h,機頭轉動頻率10r/min,搗打時間為23~25min。通過實踐找到最佳參數。投射內襯的質量用專用硬度測定器測量硬度(100級刻度),硬度和致密程度之間有一定關系,用試驗和統計處理確定檢查硬度應該具有的度數。
  用于投射機的泥料應該具有一定的工藝性能——投射時不污染設備,具有可塑性,在水分較少時具有易堆積性等。比較普遍使用的有以下幾種:(1)硅質投射料:用硅石和黏土或硅石和蠟石組成,用水玻璃或黏土做結合劑,具有較好的可塑性,施工性好,使用壽命高;(2)鋯英石質投射料:鋯英石和黏土組成,或由鋯英石和硅石組成半鋯英石投射料,均以結合黏土和水玻璃做結合劑,這種投射料體積穩定性、抗熔渣侵蝕性都比較好;(3)高鋁質投射料:由高鋁熟料,石英砂與高鋁熟料混合粉組成,水玻璃做結合劑。
  投射內襯的使用壽命與用磚砌筑鋼包內襯的壽命大約相近。
  這種投射鋼包內襯必須長時間干燥,以底朝上的姿勢用煙氣干燥鋼包,鋼包外殼要有足夠數量跑蒸汽用的孔。鋼包側面和底襯用投射施工,鋼包最上面用制品砌筑。
  九、耐火泥漿
  耐火泥漿是砌筑成型制品的接縫材料,所以又有接縫料之稱。也可以說是最原始的不定形耐火材料。大概有耐火材料就有耐火泥,傳統的耐火泥,基本是耐火黏土熟料,高鋁礬土熟料,硅質粉料加一部分結合黏土;蛘哝V砂粉加鹵水,黏結性很差,在砌體中,磚與磚不黏結,只起填縫作用,抗侵蝕和沖刷能力差,往往成為砌體損毀的薄弱環節。20世紀60年代研制成功的701號泥漿改變了這種狀況,使磚砌體在高溫下形成整體,施工與使用性能也有較大的提高。但貯運不方便,品種也不多。近年來,開發許多新的耐火泥漿,干粉料袋裝,現場施工使用方便,有代替原來耐火泥的趨勢。
  根據所用耐火粉料的材質,有黏土質,高鋁質,硅質,鎂質,含碳質,碳化硅質,莫來石質,剛玉質,鋯質,鉻質等。
  按結合劑分有:以水泥為結合劑的水硬性泥漿;以磷酸或磷酸鹽為結合劑的熱硬性泥漿;以水玻璃為結合劑的氣硬性泥漿(現有固體水玻璃配制方便),另外,還有無水泥漿(非水性),膨脹泥漿,輕質泥漿等。
  為了保證砌體干燥后磚縫中的耐火泥漿體積穩定,一般要選用充分燒結的熟料和其他各種體積穩定的耐火原料。泥漿的顆粒組成按使用要求決定,一般臨界顆粒小于lmm,有的小于0.或更細。普通耐火泥漿的結合劑為結合黏土,隨著技術進步,化學結合劑得到越來越廣泛的應用,以改善泥漿的結合性能和施工性能,如加入保水劑以延長失水時間,保證施工質量;加入增塑劑可以增強泥漿的塑性;加入分散劑改善泥漿的流動性等?傊,可以根據使用要求,配制出合適的耐火泥漿。
 


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