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    超低水泥耐火澆注料組成及影響性能因素介紹

    編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2020-07-06


     
    超低水泥耐火澆注料組成
    在耐火澆注料中,CaO含量一般在1.0~2.5%之間的澆注料稱低水泥澆注料。而CaO含量小于1.0%的澆注料稱超低水泥澆注料。
    它與普通耐火澆注料對比所不同的是,低水泥、超低水泥的基質中是用于澆注料主材質化學成分相同或相近的超微粉(粒度小于1μm)取代部分或大部分鋁酸鈣水泥,同時加入微量的分散劑(減水劑)和一定量的遲效促凝劑配置而成的。
    低水泥、超低水泥澆注料的配料組成為:耐火材料、耐火粉料、適量超微粉、適量或少量鋁酸鈣水泥(遲效硬化劑)和微量分散劑(高效解膠劑)。粒度組成要求采用多級配料,分為5~3mm,3~1mm,1~0.2mm,0.2~0.074mm,0.074~0.044mm及微米級,其不同粒度比例可按弗內斯配料曲線計算。
    超低水泥耐火澆注料的凝結硬化機理是,凝聚結合起主導作用,水泥則起遲效促凝劑的作用。例如,摻加SiO2超微粉時,遇水后形成膠粒,并吸附鋁酸鈣水化過程中緩慢溶出的三價鋁離子和二價鈣離子,使其電位下降,當達到&ldquo;等電點&rdquo;時即發生凝結硬化。另外,活性SiO2表面可形成硅醇基,在干燥過程中脫水架橋而形成硅氧烷網狀結構,同時吸附三價鋁離子和二價鈣離子及電解質帶入的鈉離子,也能產生凝結硬化作用。超低水泥耐火澆注料的配制原則和強度變化特征,與低水泥耐火澆注料的基本相同,其強度略高些。
    超低水泥耐火澆注料影響性能有哪些因素?
    超低水泥耐火澆注料的凝結硬化,主要是凝聚結合,因此超微粉的作用十分重要,是決定和影響其性能的關鍵因素。同時,外加劑對其性能的影響也不容忽視。
    (一)超微粉
    超低水泥耐火澆注料的超微粉,主要有活性硅灰、a-Al2O3粉和Cr2O3粉等,其成分含量(%)分別為93.2、大于90和大于99.這3種超微粉和粒徑分布,小于1.0mm的大于71%。
    耐火澆注料的配合比相同,CaO含量約為0.6%。三組試樣,分別摻加活性SiO2、a-Al2O3(a氧化鋁粉)及其二者復合的超微粉,用量相同。隨著加熱溫度的升高,摻加不同超微粉的澆注料,其強度均有增加。同時看出,不同的超微粉,對澆注料強度的貢獻也不同。摻加活性SiO2和a-Al2O3等量復合的超微粉,其強度高,其次為摻加活性SiO2超微粉的澆注料,摻加氧化鋁超微粉的澆注料,其強度低。加熱溫度達到1500℃時,摻加3種超微粉的澆注料,其強度基本相似。這就是說,配制超低水泥耐火澆注料時,好用復合超微粉,單獨使用時,應優先選用活性SiO2超微粉。
    但是,SiO2超微粉用量增多,將會降低澆注料中Al2O3含量,同時增加了游離石英,必然導致澆注料抗渣性的下降。例如,鐵溝澆注料的配合比:高鋁骨料70%,SiC14.2%,C5.8%,分散劑0.2%,水6.5%,高鋁粉和SiO2超微粉合量10%。采用坩堝法在還原氣氛下進行抗渣試驗。試驗條件:標準渣的堿度為1.105,加熱溫度和保溫時間1500℃,4h。隨著SiO2超微粉用量的增加,抗渣性有個佳值,即超微粉用量為5%左右時,抗渣性好。
    澆注料的配合比不變,耐火細粉和超微粉的合量不變。隨著超微粉用量的增加,1600℃燒后耐壓強度也增大,但有個佳值。SiO2超微粉用量為5%左右,Al2O3和Cr2O3超微粉用量為7%左右,此時強度較好,其他性能也優良;從超微粉品種來看,增強效果好的是SiO2超微粉,其次是Al2O3超微粉,Cr2O3超微粉增強效果較差。同時看出,SiO2超微粉的增強比后兩種超微粉的高2.5~4.4倍。
    (二)外加劑
    外加劑種類較多,現以分散劑和減水劑為例,說明對超低水泥耐火澆注料性能的影響。
    澆注料的配合比一定時,摻加不同量的分散劑,可減少施工水用量。當施工水用量一定時,隨著分散劑用量的增加,烘干耐壓強度有個佳值。即分散劑用量為0.15%~0.2%時,強度好。未加或用量大于0.5%時,其強度變差或試樣開裂,這是由于澆注料的流動性差、成型體不致密的緣故。
    減水劑品種較多,應通過試驗合理選擇。在超低水泥剛玉澆注料的配合比確定后,分別用聚磷酸鈉、聚氰胺類縮合物和萘磺酸鹽類縮合物作減水劑,篩選適宜的用量,配制耐火澆注料,其工藝參數和性能,見下表。從表中看出,未加減水劑的澆注料,由于超微粉的自發團聚,無法有效的填充其孔隙,且分布極不均勻,大量的水被包裹在絮凝體中或填充在孔隙中,因此導致水用量加大,熱處理后的體積密度低、氣孔率高、強度低,同時也不利于燒結;聚磷酸鹽有一定的分散減水效果,在一定程度上能阻止超微粉的自發團聚,使之較充分在孔隙中,提高了水的利用率,即減少了水用量,減水率約為17%。所以,澆注料的體積密度提高、氣孔率下降,與未加減水劑的相比,燒后耐壓強度提高了0.6~1.9倍,高溫抗折強度提高了1.25倍;B和C為有機高效減水劑,其分散減水效果尤為顯著,減水率分別為25%和28%,與未加減水劑的澆注料相比,其體積密度約提高3.5%,氣孔率下降15%,燒后耐壓強度提高了1~4倍,高溫抗折強度提高了3.5倍多。同時看出,C減水劑的效果比B的更好些??傊?,在配制超低水泥耐火澆注料時,必須摻加減水劑,而且應優先選用有機高效減水劑。
    超低水泥澆注料的工藝參數和性能:
    (三)鋁粉
    在鐵溝耐火澆注料中,一般摻加金屬鋁粉,起快干和增強的作用。其粒徑和用量,對澆注料的性能有較大的影響,應合理選擇。
    在Al2O3-SiC-C質超低水泥澆注料中,金屬鋁粉的粒徑越小、施工環境溫度越高,則化學反應的約劇烈,產生的氣體越多,料溫也越高。這對澆注料的脫水是有利的,即可快速烘烤,但反應過快,易形成假凝,對強度不利。澆注料配合比相同。設鋁粉粒徑大,對強度不利,其粒徑太小,對烘干耐壓強度有一定好處,但其余強度有所下降;鋁粉粒徑為88~44mm時,強度較好。鋁粉用量應根據耐火澆注料性能和施工條件而定,在保證有利排氣和快干的前提下,應盡量少用。
    (四)外加物
    在Al2O3-SiC-C質超低水泥澆注料中,應摻加SiC和碳素材料,以便提高其抗渣性和熱穩定性等性能。試驗與使用證明,SiC和碳素材料的品級和用量,對澆注料的性能有較大的影響,應合理選擇。同時,高爐的大小和使用部位的不同,其品級和用量也不同。在一般情況下,大、中型高爐的主鐵溝或渣溝,用優質的SiC和碳素材料,中、小型高爐的則用低檔的SiC和碳素材料;SiC的用量一般為5%~35%。碳素材料主要有瀝青、鱗片石墨、電極粉和土狀石墨等,其用量為2%~6%。
    在鐵溝耐火澆注料中,SiC和碳素材料一般以細粉狀態摻加,SiC好用超微粉。由于該料中含有SiC和碳素材料,因此抗氧化性降低。即碳氧化,留下較多微孔,鐵水或爐渣則不斷的滲入到內部,同時形成脫碳層,導致襯體的損毀。摻加金屬鋁粉,能提高澆注料的抗氧化性。試驗證明,同時摻加金屬硅粉即Al粉和Si粉復合使用,抗氧化性效果更好,而且可提高澆注料的強度。這是由于在高溫下金屬硅和鋁與碳反應生成SiC和Al4C3后,使其組織結構及其表面更致密化的緣故。
    在Al2O3-SiO質超低水泥耐火澆注料中,摻加2%~8%的藍晶石細粉,在1200~1400℃的高溫下客服進莫來石的形成,從而提高其強度。這就是說,藍晶石不但是膨脹劑,而且是礦化劑。
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