粒状陶瓷纤维浇注料.doc

粒状陶瓷纤维浇注料 grain ceramic fiber refractory castable张克铭鞍山市汇铭科技工程有限责任公司 鞍山 114001Anshan Huiming Scientific Technology and Engineering.CD.LTD摘 要 介绍了一种新型陶瓷纤维浇注料,将陶瓷纤维棉制成高强度的球柱状纤维颗粒，然后再用这种纤维颗粒置换耐火浇注料中的骨料而制成的粒状陶瓷纤维浇注料。它集重质耐火浇注料和轻质隔热浇注料的优点于一体,既具备强度高、耐高温的性能,又具备低体积密度、低导热率的隔热性能。Summary Introduces a kind of new castable ceramic fiber, first it make the ceramic fiber cotton into the ball(pillar) form fiber grain,.then with this kind of fiber grain displacement the bone of material in refractory castable and forming the grain ceramic fiber refractory castable.It gathers the heavy quality refractory castable and the light quality partition heat castable advantage that in the whole body.Since have the strength high,bear the function of the heat,have the low physical volume density again,low transmit heat of the rate in partition heat.关键词: 粒状陶瓷纤维，浇注料，隔热，高强度，低热导率Key words: Ceramic fiber grain Refractory castable heat insuleis Strength high, Low transmit heat of the rate 前言到目前为止，不论是国内还是国外研制生产的陶瓷纤维浇注料，其工艺过程基本上是：将陶瓷纤维棉破碎后直接掺入各种不定型耐火散料中。根据耐火度的不同，来选用不同种类的基质料和结合剂，将破碎后的陶瓷纤维加在这些散状料中。经搅拌、加水（加水量达到了40-90%其收缩大）和浇注成型后，破碎的陶瓷纤维分散度不好，大多都以云片状或团絮状大小不均匀的形式存在。虽然陶瓷纤维浇注料轻型隔热，但是浇注料的强度很低，收缩很大，并且也没真正发挥陶瓷纤维隔热的全部特性，也就是说，陶瓷纤维在与耐火散状料混合后纤维的多孔性能大多被破坏，多处被耐火泥浆灌满。一种材料在制品中分布所呈现的形体，直接影响到这个产品的整体强度和最佳隔热效果粒状陶瓷纤维浇注料，既具备了重质耐火浇注料的耐高温、高强度和高温下的低收缩率，又具备了轻质隔热浇注料的低导热率和高抗热震性。粒状陶瓷纤维浇注料导热系数500时0.48w/m.k左右。高强轻质浇注料的出现，改善了炉墙整体浇注的保温绝热效果，但大多轻质隔热浇注料其使用温度低，强度小。目前的氧化铝空心球耐火浇注料和莫来石高强轻质浇注料在110烘干的耐压强度虽然达到1218Mpa，在高温下却提高很小，仅在25MPa，其导热系数在500时却0.8w/m.k，仍然比粒状陶瓷纤维浇注料导热系数大一倍左右2.粒状陶瓷纤维浇注料热过程特性21基本理化指标粒状陶瓷纤维浇注料基本理化指标见表1，指标来自标准试块（160mm40mm40mm，导热系数分别采用了热线法和平板法）近50块的数据统计平均结果，粒状陶瓷纤维浇注料各项指标 表1检 测 内 容HM-2.0HM-1.9HK-1.8AL2O3 %656060耐压强度Mpa 11024h 12 10 1610耐压强度Mpa 14003h 35 32 32抗折强度Mpa 14003h 8.5 7.8 7体积密度g/cm3 2.0 1.88 1.85线收缩率 % 1400 0.110.120.14导热系数 w/m.k 500 0.52 0.46 0.42使用温度 1550 1500 15002.2 抗热震稳定性抗热震稳定性指标见表2和图1，测试方法：标准试块（160mm40mm40mm）11024h烘干后测其抗折强度为起始强度，再放入电炉加温到1100保温15分钟，投入到（水温保持在15-35）流动水中约五分钟冷却，每冷却10次测一次抗折强度，最后将数据绘制成曲线常温抗折强度1100循环水冷次数残余强度剩余量（%）表2水冷次数 常温 循环抗折强度 0 次110010 次110020 次110030 次110040 次110050 次1100 1.3 MPa 1006561574638 1.1 MPa 100 7772685545添加陶瓷纤维颗粒的浇注料，纤维颗粒是高气孔率结构，纤维颗粒相互之间碰撞和磨擦下来的超细粉末即晶须约10左右存在于浇注料基质材料中（长度在15-50m之间），在浇注料内形成桥接和诱导裂纹偏移作用，此外纤维的晶须阻碍应力拔出效应，这些功能都提高了浇注料的抗热震性在浇注料中的骨料为陶瓷纤维颗粒，应力沿颗粒圆周表面转向偏移，消耗了裂纹的扩展能，进入颗粒内的应力又得到释放（见图），从而提高了抗热震稳定性最重要地是，纤维颗粒是由分散均匀（长径比1020）纤维制成的，其微观组织由纤维杆交错变织的，单位体积内气孔率高在浇注料的基体组织承受应力的情况下，纤维颗粒发挥了阻碍和释放应力的功能见图22.3 保持高强度 陶瓷纤维浇注料制品中的纤维形状，决定了这种浇注料成型后的强度和最佳绝热效果，粒状陶瓷纤维以球柱体作为骨料存在于耐火基质料中，对整个制品机械性能有很大的影响：1球柱状造成的应力小，而带有尖角无规则形状的骨料能形成很大的应力；2骨料在相同的体积下，球柱状的表面小，因而削弱基体的有效面积最小；3球柱状没有破坏制品的连贯性，片状和无规则骨料和散状耐火纤维棉交叉贯穿分布，因而切割基体严重。由于上述三方面原因，球柱状纤维骨料能利用耐火材料基体强度的7090，而其它尖角状和片状陶瓷纤维棉骨料只能发挥30左右。 2.4 低导热系数除氢气外，大多气体包括空气，在静止状态下都是一种低导热系数和低热容量的物质。陶瓷纤维的导热系数接近于气体，这是因为陶瓷纤维是由固态纤维杆交织而成的，空隙中充满了空气，空气率达90%左右。大量空气充填破坏了固态分子的连续网络结构，从而使陶瓷纤维具有优良的高温隔热保温性能。高温隔热材料大多是一无机非金属为基质的、多相、不均匀、多晶体和多气孔的耐火陶瓷。气体的体积比例大多情况下在70-90%之间。这种材料在多数情况下具有连续分布的气孔。陶瓷纤维的微观结构中有连续的气孔相，也有分割成不是彼此相连的气孔仓存在。图3是纤维颗粒在浇注料中传热的模拟放大示意图，在浇注料中起到隔热作用图4是纤维颗粒的显微组织结构照片，纤维杆的长径比大约10-20：1，纤维杆中空气仓分布的密度大，单位体积内气孔率高 图3纤维颗粒模拟断面传热示意图4000 图4 粒状陶瓷纤维显微结构1000 纤维杆交织没有方向性，固体相导热只能按照纤维杆的方向进行，所以固相的导热并不完全垂直于热面。有时传递的途径曲折迂回，这样也影响了纤维中固相的导热效果。另外，固相间80%是点线接触，所以固相导热传递过程也是一个热阻增大的过程。而对于气相和气孔率越高，阻碍传热效果越好对流的强度主要与温差有关，而与平均温度无关，因为单位气孔两端温差很小，气体在各气孔的对流传热甚微。进入到纤维内部得热气流受到多孔的分割和阻碍，几乎处于静止不动的状态。分散的多气孔仓内的压力是一定的，该气压也与固相纤维杆一起形成了一个密实体屏蔽，阻碍着热气体侵入。 粒状陶瓷纤维浇注料的导热系数与纯耐火纤维制品导热系数有差别，前者导热系数与温度是一个直线函数ABt；后者是一个对数曲线函数eABt见图5从图5可以看出，在炉壁的平均温度大于700的情况下，两种材料的导热系数几乎接近这就说明，粒状陶瓷纤维浇注料应用在炉子的工作层，其综合性能比纯陶瓷纤维制品优越在炉温高于1250的炉墙结构，工作层选用粒状陶瓷纤维浇注料，隔热层选用陶瓷纤维制品 结束语本产品适应了高温承压的热工设备保温隔热，如钢包永久层、铁水罐永久层、混铁炉隔热层、蓄热式轧钢加热炉的蓄热室炉壁和燃烧室墙体、石化管式加热炉炉墙、高温回转窑隔热层、高炉热风炉工作衬和钢包烘烤盖。粒状耐火纤维颗粒可作为骨料，应用在镁质浇注料、中重质喷涂料中，获得高强、高韧、耐磨和低导热率炉衬。1 钢包永久层，浇注80mm厚，钢包外壁温度可降低96。浇注60mm厚， 仍低于原始外壁温度，钢包可增容5-8%。2 轧钢加热炉炉的水管包扎，保持原来浇注料料厚度，可降低散热损失30-50%，使用寿命提高一倍。3 轧钢加热炉炉顶整体浇注，保持原炉顶厚度，降低散热损失50%，炉顶重量减少 30%，炉顶吊梁钢结构型钢可降低型号，这种材料就为设计大跨度轧钢加热炉炉顶提供了轻型高强耐火材料4 烘炉时间短，已经在鞍钢弓长岭铁矿球团一厂链篦机加热炉炉顶整体浇注300mm厚，炉顶没打绝热层。炉内最高温度1250，炉顶外壁温度200，现已应用半年，节能效果显著，比原来筑炉材料缩短烘炉时间50%。5 混铁炉、回转窑、竖炉等炉壁承受压力的炉窑，粒状耐火纤维浇注料可作隔热层，不但可以承受动态的抗压其隔热效果好。6 石化企业的管式加热炉，如裂解炉、转化炉等高温炉，炉墙采用整体浇注，隔热效果好，强度高，烘炉时间短，使用寿命可达8年以上。7 低温熔融炉。如化铝炉，隔热性能好，能耗低。高温高速热风管道，