耐火浇注料的定义是“与类似水硬性高铝水泥的结合剂进行混合、加水并在模具中固化获得结构强度的耐火骨料”。除了浇注施工外,还可以进行压送施工、捣打施工、喷补施工等。因为能够使用机器进行大量施工,所以被广泛用于窑炉和设备的内衬。耐火浇注料在施工后需要干燥,当升温速度控制不好则有可能出现龟裂和爆裂。所谓爆裂就是指在干燥工序产生的水蒸汽等气体致使内部蒸汽压力超过了施工体的强度,导致施工体损伤的现象。一般可以通过减缓升温速度、延长干燥时间加以控制,但是存在工期变长的问题。为了缩短干燥时间就要求提高水分蒸发效率。
众所周知,要更加快速地脱出施工体中的水分,提高透气性是最有利的。本文报告了快速干燥浇注料的研究结果。
试验方法
2.1 透气率测定
选用特殊添加材料X以及有机纤维(A、B两种)作为添加剂,以此获得透气性。期待特殊添加材料在浇注料内部形成硅胶体,硅胶体中的水分在干燥初期的低温区域脱水,硅胶体收缩在试样内部形成微裂纹。通过加入有机纤维,进一步提高透气性。
为了验证特殊添加材料和有机纤维对提高透气性的效果,按表1列出的配料制备了铝硅质低水泥浇注料(63%Al2O3,33%SiO2)进行了评价。浇注到Φ50mm×30mm的圆形模具中,于15℃下养生24h,脱模。然后在110℃×24h、150℃×24h、250℃×24h的条件下加热。根据JISR2115使用透气率测定装置测定了加热试样的透气率。
表1 试样添加成分
2.2 关于大尺寸试样干燥特性的评价
图 1 大尺寸试样简图
试样的简图示于图1。图1所示试样的尺寸是Φ300mm×300mm,热电偶置于150mm×150mm中心位置,混炼好的浇注料进行浇注,养生24h。如图2所示,脱模后以60℃/h的速度加热到1000℃。根据所获得的试样内部温度曲线对干燥特性进行了评价。
图2 大尺寸试样干燥曲线
结 论
测定结果示于图3。根据这次测定的结果,从养生到250℃加热处理,没有加入添加剂的试样几乎没有透气性。为了提高养生体脱水时的透气率,加入了特殊添加材料X的No.2试样、No.5和No.6试样在从养生到加热250℃时透气性有所提高。另外发现加入了有机纤维A的No.3和No.5试样,在150℃加热时透气率提高很大。加入了有机纤维B的No.4试样和No.6试样,在150℃和250℃加热时透气率提高。并用特殊添加材料和有机纤维的No.5试样和No.6试样,由于叠加效果的作用,透气率大幅度提高。尤其是No.5试样,150℃加热后透气率显著提高,特殊添加材料和有机纤维A并用特别有利于形成连通气孔。
图3 在不同加热温度下的透气率结果
No.5试样透气率有所提高,为了比较,对No.4试样进行了干燥试验。所获得的试样内部温度曲线示于图4。对应设定温度,No.4试样和No.5试样几乎都是按照相同的速度持续升温,但是No.4试样在130℃附近升温速度放缓,推测最大蒸汽压力大约是0.3MPa。而No.5试样是在180℃放缓,推测蒸汽压力大约是1.0MPa。另外从拐点位置算起,No.4试样的脱水完成时间比No.5试样快1.3h左右。由图可知,No.4试样尺寸大、透气率高、内部蒸汽压力没有提高,干燥结束时间也早。
图4 大尺寸试样温度和加热时间的关系
本文研究了加入特殊材料以及有机纤维的浇注料在干燥时透气率的提高情况。结果表明:在开始脱水的温度区域确保了透气性,试样内部没有蒸汽压力残留,缩短了脱水结束时间。该技术可以应用于振动浇注和自流浇注,干燥时间缩短,有望缩短工期。
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