耐火浇注料的研制与性能检测

耐火浇注料的研制与耐火浇注料的研制与 性能检测论文性能检测论文 院系 院系 XXXXXXXXXX 班级 班级 XXXXXXXXXX 学号 学号 XXXXXXXXXX 姓名 姓名 XXXXXX 指导教师 指导教师 XXXXXX 组号 组号 X X 耐火浇注料的研制与性能检测耐火浇注料的研制与性能检测 XXX XXXXX 大学 XXX XXXXXX 摘摘 要要 耐火浇注料是不定形耐火材料的主要品种 日本于 1950 年开始研究生 产此类材料 20 世纪 50 年代初期 苏联开始应用硅酸盐水泥耐火浇注料 60 年代以来 不定形耐火材料发展迅速 到90 年代日 美 德等国家的不 定形耐火材料产量已占耐火材料总产量的1 3 以上 耐火浇注料 占不定形 耐火材料的 40 50 80 年代中期中国又开发了新一代耐火浇注料 包括低水 泥 超低水泥和无水泥耐火浇注料 其质量接近国际先进水平 关键词关键词 耐火浇注料 线变化率 抗折强度 耐压强度 体积密度 显气孔率 中图分类号 中图分类号 X837X837 文献标识码文献标识码 A A 0 0 引言引言 耐火浇注料是一种由耐火物料制成的粒状和粉状材料 加入一定量的结合 剂和水分共同组成 具有较高流动性 是一种采用浇注方式成型的不定形耐火 材料 耐火浇注料按照结合剂和某种材料的特殊作用可分为 1 水泥结合耐火浇注料 2 化学 即水玻璃 磷酸和磷酸盐 硫酸盐和氯化物等 结合耐火浇注料 3 氧化铝结合耐火浇注料 4 粘土结合耐火浇注料 5 低水泥耐火浇注料 6 硅 铝溶胶结合耐火浇注料 7 超微粉结合耐火浇注料 包括超低水泥和无水泥耐火浇注料等 本实验采用低水泥结合耐火浇注料 结合剂的结合方式有水化结合 化学 结合 聚合结合 粘着结合 陶瓷结合 本实验采用水化结合 水化结合是借 助常温下结合剂与水发生水化作用生成水化产物而产生的结合方式 同其他不定形耐火材料相比 结合剂和水分含量较高 故流动性较好 它 们的应用范围较广 可根据使用条件对所用材质和结合剂加以选择 既可直接 浇注成衬体使用 又可用浇注或震实方法制成预制块使用 粒状料可由各种材质耐火原料制成 以硅酸铝质熟料和刚玉质材料用之最 多 其他如硅质 镁质 尖晶石质 铬质 锆英石质和碳化硅质材料也可用 根据需要而定 当采用硅酸铝质原料时 常用蜡石 粘土熟料和高铝矾土熟料 硅线石类 天然矿物可不经煅烧直接使用 硅质耐火材料在中温下体积膨胀较大 高温下 与碱性结合剂的反应强烈 体积稳定性和热震稳定性都低 用者极少 镁质耐 火材料的热膨胀系数较大 在急剧加热时易崩裂 除在加热炉炉底等处以外很 少作为加热炉用浇注料 铬质材料的质量因产地而不同 可用于加热炉中气氛 变化不大的部位 在加热炉中 碱性同酸性材料中间隔层处可用 尖晶石材料 耐高温性能好 是制造尖晶石浇注料的主要材料 碳化硅是制造浇注料的优质 原料 即可用于制造高温还原气氛下使用的浇注料 更宜于制造要求耐磨 高 导热和耐热震的浇注料 粉状料 浇注料中的细粉 对实现瘠性紧密堆积 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 促进其 在服役中的烧结和提高其耐侵蚀性都是极其重要 在浇注料中由于结合剂的加 入 往往产生助熔作用 使浇注料基质部分的高温强度 体积稳定性和耐侵蚀 性有所减弱 在高温下浇注料的基质部分一般都要收缩 因此 在构成基质的 组分中应加入适量的膨胀剂 镁质耐火材料耐碱性熔渣的能力很好 可用作受碱性熔渣侵蚀的熔炼炉用 浇注料 与石墨等混合 用残碳量较高的有机结合剂可制成具有优良特性的镁 质浇注料 1 1 原理原理 一 实验内容一 实验内容 1 耐火原料的选择及配料 2 耐火浇注料的成型 烘干 烧成 3 制品常温抗折强度的测定 4 制品常温耐压强度的测定 5 制品显气孔率 体积密度的测定 6 制品重烧线变化的测定 二 实验目的二 实验目的 通过本实验 学生对耐火材料生产工艺和耐火浇注料有一个全面的了解 学生利用所学的知识 亲自动手 熟悉并掌握耐火原料指标 配方设计 试样 加工 加工及检测设备的基本性能及使用方法 试样的检测 将所学的书本知 识转化为生产实际 最终提高分析问题 解决问题的能力 三 实验要求三 实验要求 本实验为综合性实验 学生应认真预习实验指导书 掌控实验原理 自行 设计配方 要求独立做实验 并能积极主动的连续进行实验 做好全过程记录 实验数据必须真实 可靠 写好实验论文 四 实验过程四 实验过程 一一 耐火浇注料的选择耐火浇注料的选择 镁质耐火材料浇注料 二二 耐火原料的选择和配方设计耐火原料的选择和配方设计 本实验要求采用高纯镁砂 高纯镁砂分级 5 3mm 3 1mm 1 0mm 0 088mm 为组要原料 其它材料全部是粉状或水溶性材料 如 SiO2微粉 尖晶石细粉 Al2O3 三聚磷酸钠等 原料类型质量百分比 质量 g 5 3mm3030750750 3 1mm2020500500 1 0mm2525625625 高纯镁砂 0 088mm5 5125125 SiO2微粉 4 4100100 尖晶石细粉 6 6150150 Al2O31010250250 外加剂三聚磷酸钠 0 20 25 5 水 5 5 65 5 6 约 150150 总和 10010025002500 三三 配料 混合 成型配料 混合 成型 1 根据自己设计的配方准确称量各种原料 外加剂的质量 并放置在同一个袋 内 试样总重为 2500g 2 将称好的原料放入搅拌机中 边搅拌边加水 整个过程大约 2 分钟 3 准备好的试模紧固在振动台上 将混合好的泥料放入模具 启动振动台 边 振动边用镘刀将试模内料面拉毛 直至振动结束 4 从振动台上取下试模 用镘刀轻轻除去高于试模的料 并抹平表面 5 从加水开始到试样成型的全部时间不得超过 5 分钟 四四 试样养护试样养护 耐火浇注料试样带模置于温度 15 25 的自然环境中 养护 24 小时后脱膜 修除边棱毛刺 再在相同条件下存放 72 小时 五五 试样烘干试样烘干 对需要测定重烧线变化的试样 在养护后测量尺寸 测量方法见重烧线变 化的测定方法 随后同其他试样一起放入 101 2 型电热恒温鼓风干燥箱中 在 110 24h 条件下干燥至恒重 干燥后的试样随烘箱冷却至室温 冷却后试样 应放于干燥处 防止吸收水分 存放时间为 24 小时 六六 试样烧成试样烧成 烘干后试样放入高温重烧电炉中炉底垫入同种材质垫砖或沙粒 按设计出 的烧成温度曲线要求以一定升温速率加热到 1550 保温三小时 冷却 烧成 后将试样置于常温下取出 表面处理干净 无变形 无裂纹 才可进行性能检 测 七七 耐火浇注料试样的性能测定耐火浇注料试样的性能测定 可按下列顺序进行各项性能的测定 取三条试样进行 1 重烧线变化的测定 脱膜后 烘干后 烧成后分别测量三次长度 2 常温抗折强度的测定 此时为 6 个半条的试样 再按大头 小头分成两组 3 取不同试样的 3 个大头半条进行常温耐压强度的测定 4 用另外 3 个半条试样进行显气孔率 体积密度的测定 2 2 线变化率的试验方法线变化率的试验方法 一 定义一 定义 1 烘干线变化率 试样在 105 115 下烘干后 长度不可逆变化的量 以试样 烘干前后长度长度变化的百分率来表示 2 烧后线变化率 试样在规定温度下温度并保温一定时间 长度不可逆变化的 量 比试样烧后前后长度变化的百分率表示 二 设备二 设备 1 高温加热炉 2 电热干燥箱 3 游标卡尺 分度值为 0 05mm 三 实验步骤三 实验步骤 1 每组试样不得少于 3 块 2 在试样两端面相互垂直的中心线上 距边棱 5 10mm 处的四个位置 对称的测 量试样长度 精确至 0 01mm 试样烘干 同 1 3 2 所述相同位置上测量试样长 度 3 试样加热 以成型面为底面 放入加热炉内的均热区 试样间距不小于 20mm 试样与护壁之间距离不小于 70mm 试样放在同材质的垫砖上 按一定速 率升温 低于实验温度 50 时按 4 6 min 低于实验温度 10 至实验温度为 1 2 min 保温 3 小时 4 测量 试样随炉冷却至室温 按上述相同位置上测量试样长度 四 实验数据及结果计算四 实验数据及结果计算 试样烘干前后实验数据试样烘干前后实验数据 试样 编号 原始试样长度 mm 烘后试样长度 mm 烘后线变化率 9 1159 40159 52 9 2159 32159 60 9 3159 52159 72 平均值 2 3 159 42159 66 0 16 试样烧前烧后实验数据试样烧前烧后实验数据 试样 编号 烧前试样长度 mm 烧后试样长度 mm 烧后线变化率 9 1159 52 9 2159 60158 90 9 3159 72158 90 平均值 2 3 159 66158 90 0 48 1 烘干线变化率 L Ld d 100 0 01 L LL 式中 Ld 试样烘干线变化率 L1 烘干后试样长度 mm L0 烘干前试样长度 mm 2 烧后线变化率 L Lh h 100 0 02 L LL 式中 L Lh h 试样烧后线变化率 L2 焙烧后试样长度 mm L0 烘干前试样长度 mm 3 数据处理 线收缩以 号表示 线膨胀以 号表示 烘干线变化率 L Ld d 16 0 100 159 40 159 40159 52 100 0 01 L LL 平均烘干线变化率 L Ld d 0 16 烧后线变化率 L Lh h 48 0 100 159 66 159 66158 90 100 0 02 L LL 数据分析 烘干导致试样膨胀 膨胀率小 而焙烧使试样收缩 但收缩率大 3 3 抗折强度的实验方法抗折强度的实验方法 一 定义一 定义 在室温下 试样受到弯曲负荷的作用而断裂时的极限应力 以单位 MPa N mm2 表示 二 原理二 原理 是在三点弯曲装置上 在规定的加荷速率对规定尺寸的试样施加张应力 直至试样断裂 三 设备三 设备 1 电动抗折试验机 2 游标卡尺 分度值为 0 05mm 四 实验步骤四 实验步骤 1 测定抗折强度试样不少于 3 块 2 测量试样中部的宽度和高度 精确到 0 1mm 3 以试样成型侧面作承压面 将试样置于抗折夹具的支持辊上 调整加压辊 置于支撑辊中央并垂直于试样长轴 4 打开开关 以一定的速率对试样均匀加荷 直至其断裂 五 实验数据及结果计算五 实验数据及结果计算 试样焙烧前后抗折强度实验数据试样焙烧前后抗折强度实验数据 试样 编号 试样中部宽 度 b mm 试样中部高 度 h mm 支撑辊间的距 离 L mm 常温抗折强度 MPa 9 140 040 0100 07 65 9 240 040 0100 06 65 9 340 040 0100 06 45 平均值 2 3 40 040 0100 06 55 注 结果计算至小数点后一位 数据分析 焙烧后抗折强度明显比焙烧前抗折强度小 4 4 耐压强度的实验方法耐压强度的实验方法 一 定义一 定义 在室温下 试样受到压力负荷的作用而破坏时的极限应力 以单位 MPa N mm2 表示 二 原理二 原理 是在加压装置中 以规定的加荷速率对规定尺寸的试样施加压应力 直至 试样破坏 三 设备三 设备 1 微机控制电液伺服万能试验机 WAW 1000 2 游标卡尺 分度值为 0 05mm 四 实验步骤四 实验步骤 1 测定耐压强度试样不得少于 3 块 可用常温抗折强度实验后的大头半截试样 2 测量试样上 下承压面的宽度 精确至 0 1mm 3 将试样受压面置于压板中心 打开电脑开始按钮 以一定的速率对试样均匀 加压 直至试样破坏为止 记录试验机此时指示的最大载荷 五 实验数据及结果计算五 实验数据及结果计算 焙烧前后耐压强度实验数据焙烧前后耐压强度实验数据 试样 编号 加压板的宽度 a mm 试样的宽度 b mm 常温耐压强度 MPa 9 140 040 038 0 9 240 040 025 0 9 340 040 033 0 平均值 2 3 40 040 029 0 注 结果计算至小数点后一位 数据分析 焙烧后耐压强度比焙烧前耐压强度差 误差分析 1 仪器本身的系统误差 2 人为操作本身存在的误差 3 所用原料本身不纯 5 5 显气孔率和体积密度的试验方法显气孔率和体积密度的试验方法 一 定义一 定义 1 显气孔率是指多孔材料中所有开口气孔的体积与总体积之比值 以 表示 2 体积密度是指多孔材料的质量与总体积之比值 以 g m3表示 二 原理二 原理 称量试样的干燥质量 再用液体静力称量法测定试样体积 并计算显气孔 率 体积密度 三 设备三 设备 1 电热干燥箱 2 体积密度测定仪 XQK 04 3 带溢流管的容器 4 天平 毛巾 四 试验步骤四 试验步骤 1 试样要求 每组试样不得少于 3 块 体积为 100 200cm3 其最长边和最短边 之比不应超过 2 1 2 干燥试样的称量 先把试样表面粘附的细颗粒刷净 称量每个试样的质量 记为 m1 精确至 0 01g 3 试样浸渍 将试样放入容器内 至于抽真空装置中 抽真空至剩余压力小于 2 5Kpa 保持恒压 5 分钟 然后在 5min 内缓慢注入水 直至试样完全淹没 在 真空下在保持 15min 放气 直到压力表归零 4 饱和试样表观质量测定 将饱和试样迅速移至带溢流管的容器中 吊在天平 的挂钩上 将水完全淹没试样并于液面平静后 称量饱和试样在液体中的悬浮 质量 记为 m2 精确至 0 01g 5 饱和试样表观质量测定 从水中取出试样 用饱和了液体的毛巾 小心地擦 去试样表面多余的液滴 不得把气孔中的液体吸出 立即称量饱和试样在空气 中的质量 记为 m3 精确至 0 01g 五 结果计算五 结果计算 1 显气孔率 Pa 100 23 13 mm mm 2 体积密度 Db 23 1 mm Dem 式中 Pa 试样的显气孔率 Db 试样的体积密度 g cm3 m1 干燥试样的质量 g m2 饱和试样的表观质量 g m3 饱和试样在空气中的质量 g De 在实验温度下 液体的密度 g cm3 3 数据处理 焙烧前后干燥 悬浮 表观质量实验数据焙烧前后干燥 悬浮 表观质量实验数据 试样 编号 干燥试样质 量 m1 g 饱和试样悬水 重 m2 g 饱和试样质 量 m3 g 体积密度 g cm3 气孔率 9 1295 86207 39311 832 8315 3 9 2116 0182 50123 28 9 3115 5682 29123 11 平均值 2 3 115 7982 40123 202 8418 2 焙烧前 显气孔率 Pa 100 23 13 mm mm 100 39 207311 83 295 86311 83 15 3 体积密度 Db 23 1 mm Dem 39 207311 83 00 1 295 86 2 83g cm3 焙烧后 显气孔率 Pa 100 23 1