耐火材料-15.ppt

1 第九章不定形耐火材料 2 不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料 种类 按工艺特性分 浇注料 可塑料 捣打料 喷射料 投射料 耐火泥等等 制品的密度主要与组成材料及其配比有关 在很大程度上取决与施工方法和技术 过程简便 成品率高 供应较快 热能消耗较低 3 第一节结合剂和外加剂 结合剂的要求 具有高的结合强度 具有良好的凝结硬化特性 能形成高度分散和易流动的体系 良好的润湿性 硬化时的体积稳定性 硬化后的耐火性 4 结合剂的种类 根据化学组成 可分为无机结合剂和有机结合剂 根据硬化特点 可分为气硬性结合剂 水硬性结合剂 热硬性结合剂和陶瓷结合剂 根据常温和高温下所起结合作用的特点 分为暂时性结合剂和永久性结合剂 5 气硬性结合剂 在大气中和常温下即可逐渐凝结硬化而具有相当高强度的结合剂 如水玻璃等 水硬性结合剂 必须同水进行反应并在潮湿介质中养护才可逐渐凝结硬化者 如各种水泥 热硬性结合剂 在常温下硬化很慢和强度很低 在高于常温但低于烧结温度下可较快地硬化的结合剂 如磷酸铝 6 一 有机结合剂 水溶性结合剂非水溶性结合剂碳素结合剂 7 水溶性结合剂 具有大分子结构的可溶于水的有机物 具有良好的润湿性 可形成粘结膜且有较高的结合力 如糊精 羧甲基纤维素 木质素磺酸盐 聚乙烯乙醇 聚丙烯酸等 8 非水溶性结合剂 热塑性树脂 硬沥青 石蜡等 使用时需加热 9 碳素结合剂 焦油沥青 石油沥青 酚醛树脂等 常温下为固态或半固态 加热过程中 在一定程度温度范围内具有热塑性 高温下 发生分解 接桥 脱氢 缩聚作用 10 二 无机结合剂 铝酸盐水泥硅酸盐结合剂磷酸及磷酸盐结合剂氯化盐和硫酸盐结合剂 11 铝酸盐水泥 化学组成主要是Al2O3和CaO 还有Fe2O3和SiO2 其矿物组成为CA CA2 C12A7 C2AS C4AF 其中C12A7水化快 强度低 高铝水泥与水接触后可发生水化反应 然后在适当的条件下硬化 水化的矿物主要是CA和CA2 其中含钙较高的水泥中以含CA为主 低钙水泥中CA2与CA含量之比约等于1 CA具有很高的水硬活性 硬化迅速 是获得早期强度的主要原因 12 CaO Al2O3 H2O20 22 CaO Al2O3 10H2O 六方 25 CaO Al2O3 8H2O 六方 Al2O3 3H2O 35 45 CaO Al2O3 6H2O 立方 Al2O3 3H2OCA2的水化反应与CA基本相似 但其水化反应速度较慢 早期强度较低 而后期强度较高 CaO 2Al2O3 H2O CaO Al2O3 10H2O Al2O3 3H2O 13 水化产物对水泥石强度的影响 CAH10和C2AH8属于六方晶系 晶体呈片状和针状 互相交错重叠结合 形成坚强的结晶合生体 C3AH6属于立方晶系 常存在较多的位错等缺陷 且多为粒状晶体 晶体之间的结合较差 故由此种水化产物构成的水泥石的强度一般都较低 14 水灰比对水泥石强度的影响 水灰比的提高有利于水泥的水化 但是水分过高 水泥石结构密实度也随之降低 水泥石的强度下降 水分过少使泥浆的流动性降低 不易获得结构密实的水泥石 15 以铝酸钙水泥为结合剂 必须严格控制配料时的水灰比 并应采取正确的养护措施 使混合料在适当的温度和湿度下水化和硬化 水泥产物在加热过程中强度的变化 铝酸钙水泥硬化后的水化产物在加热过程中可发生脱水分解反应和结晶化等变化 铝酸钙水泥的耐火性能 铝酸钙水泥的耐高温性能较低对浇注料的耐高温性能有不利的影响 特别是Al2O3较低而含CaO较高的水泥影响尤为显著 16 硅酸盐结合剂 水玻璃 气硬性结合剂 化学式为Na2O nSiO2或Na2O nSiO2 xH2O SiO2与Na2O的分子比 统称模数 促凝剂为氟硅酸钠 Na2SiF6 硅酸乙脂 Si OCH3CH2 4 水解生成络合硅酸盐和乙醇 然后经缩合作用形成凝胶 17 磷酸及磷酸盐结合剂 磷酸及磷酸盐结合剂磷酸与耐火材料反应形成磷酸铝或直接使用酸式磷酸盐作为结合剂 都具有相当强的胶凝性 磷酸铝的凝结与硬化酸式磷酸铝在加热过程中 变成焦磷酸铝和偏磷酸铝 热硬性结合剂 约500 磷酸铝硬化体在高温下的变化 与水泥相比 此种结合剂硬化体所中温强度较高 磷酸钠的凝结与硬化 18 氯化盐和硫酸盐结合剂 氯化镁硫酸铝 19 三 外加剂 减水剂调凝剂缓蚀剂其他外加剂 20 减水剂 木质素磺酸盐 0 25 萘系 MF FDN UNF 0 3 0 7 密胺树脂 0 2 0 3 21 调凝剂 促凝剂 MgO Na2SiF6缓凝剂 酒石酸 柠檬酸 水杨酸等 22 其他外加剂 膨胀剂助熔剂加气剂引气剂 23 第二节浇注耐火材料 浇注料是一种由耐火物料制成的粒状和粉状材料 及结合剂加水 浇注料用的脊性耐火原料浇注料用的结合剂浇注料的配制与施工浇注料的性质浇注料的应用 24 一 浇注料用的脊性耐火原料 粒状料粒状料可以由各种材质的耐火原料制成 粉状料浇注料中的细状料 对实现脊性料的紧密堆积 避免粒度偏析 保证混合料的流动性 提高浇注料的致密性与结合强度 保证其体积稳定性 促进在使用过程中的烧结和耐侵蚀性都是极其重要的 25 二 浇注料用的结合剂 不定形耐火材料在使用前未经烧结 只有靠结合剂的作用 才能使其粘结为整体 可作为不定形耐火材料结合剂的物质很多 根据其化学组成 可分为无机结合剂和有机结合剂 26 三 浇注料的配制与施工 浇注料的配合颗粒料的配合对各级粒度的颗粒料 根据最紧密堆积原则进行配合 各级颗粒料的配比 一般为3 4级 颗粒料的总量约占60 70 细粉用量在30 40 为宜 结合剂及促凝剂的确定结合剂的品种取决于对构筑物或制品性质的要求 应与所选粒状和粉状的材质相对应 也与施工条件有关 用水量各种浇注料皆含有与结合剂用量相应的水分 27 浇注料的困料 水泥结合不困料 水玻璃结合的也不困料 磷酸或磷酸盐结合的需要困料 若加入抑制剂也不困料 浇注料的浇注与成型养护 必须根据结合剂的硬化特性进行养护 28 烘烤排除游离水 以10 20 h的速度升温到110 115 排除结晶水 以15 30 h的速度升温到359 均热阶段 以10 20 h的速度升温到600 29 四 浇注料的性质 浇注料的性质受所用原料决定 其中许多性质在相当大程度上取决于结合剂的品种和数量 也在一定程度上受施工技术控制 强度 浇注料的常温强度实际上取决于结合剂硬化体的强度 耐高温性能浇注料的耐高温性能在相当大程度上受结合剂控制 30 五 浇注料的应用 主要用于构筑各种加热炉内衬等整体构筑物 31 第三节可塑耐火材料 可塑耐火材料是由粒状和粉状物料与可塑粘土等结合剂和增塑剂配合 加少量水分 经充分很练 所组成的一种呈硬泥膏状并在较长时间内保持较高的不定形耐火材料 可塑料的性质可塑料的配制与使用 32 可塑料的工作性一般要求可塑料应具有较高的可塑性 而且经长时间储存后 仍具有一定的可塑性 可塑料的硬化与强度加入适量的气硬性和热硬性结合剂 可塑料在加热过程中的收缩可塑料因含有软质粘土和水分 在干燥和1000 以上加热过程中 往往产生很大的干燥和烧缩 可塑料的耐热震性与相同材质的其它材料相比 可塑料的耐热震性较好 一 可塑料的性质 33 可塑料的配制过程配料 再混练 脱气 挤压成条 最后切割或再挤压成块 饼或其他需要的形状 使用普通粘土质可用于1300 1400 优质者用于1400 1500 高铝质者用于1600 1700 铬质者1500 1600 二 可塑料的配制和使用 34 第四节其他不定形耐火材料 捣打料喷射耐火材料和投射耐火材料耐火泥 35 一 捣打料 捣打料的组成粒状和粉状的合理级配及少量的结合剂 捣打料的性质捣打料的施工和使用 36 二 喷射耐火材料和投射耐火材料 喷射料用于施工不方便的地方 喷射料的组成粒状和粉状料 根据使用要求选用材质 结合剂 冷态用水泥 热态用化学结合剂或有机结合剂 助熔剂 以利于其快速烧结 水分 水分的作用有利也有蔽 喷射料的性质和应用性质 附着性是其重要性质之一 应用 修补冶金炉的主要材料 37 投射料的组成和性质与喷射料相同 只是将喷射施工法改为用高速运转的投射机具 投射料 38 耐火泥的重要作用用作接缝材料时 其质量优劣对砌体的质量有相当大的影响 对耐火泥的基本要求具备良好的流动性和可塑性等 耐火泥的配制粉料选用适合的材料 将其制成细粉 结合剂塑性粘土 化学结合剂等 耐火泥的应用 三 耐火泥 39 第十章隔热耐火材料 40 概述隔热耐火材料的分类标准一般分类方法按使用温度 低温 1200 轻质刚玉砖 按使用方式分 不直接向火 直接向火 按体积密度分 一般轻质 0 6 1 0g cm3 超轻质 0 3 0 4g cm3 41 按生产方法分 可燃加入物法 泡沫法 化学法 按原料分 粘土质 高铝质 硅质 镁质等我国按密度和使用部位分 42 大多数耐火材料导热是通过晶体点阵或晶格振动完成的 由于晶格振动的能量是量子化的 通常把晶格振动的量子称为声子 隔热原理 43 隔热耐火材料的类型按材料的显微结构或织构的不同 颗粒型 纤维型 纤维 颗粒型 多层反射复合型 隔热耐火材料分布与热导率的关系三种模型 平板式的相分布 主要相为连续相 主要相为不连续相 热传递方式及研制新型高效隔热耐火材料的原则传导 辐射 对流 44 第二节 轻质耐火材料的生产工艺 轻质粘土制品的生产坯料组成 混练 水分 25 35 一定量的糖浆和亚硫酸纸浆废液 干混3 4分钟 湿混3 4分钟 干燥 30 40h 残存水分 10 烧成 1200 1350 4h 45 轻质高铝砖的生产 泡沫 松香 31 NaOH 6 1 水 62 9 混合在70 90 盐水清水洗涤6 7次 过100目筛 加入明矾稳定剂 泥浆 高铝熟料 粘土 6 4 灰矸粘土 水曲柳粘土 3 1 泥浆 泡沫 1 0 25