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影响浇注料预制件好坏的主要因素不止这些!

发布时间:2020/10/28 企业新闻 标签:轻质保温砖浏览次数:68

耐火浇注料预制件的好坏与制备工艺密不可分,制备工艺会显著影响材料的显微结构以及均匀性,例如陶瓷或者耐火材料在振动成型过程中振动时间不足会使材料内部气泡无法顺利排出导致气孔率增加,也会使浆料没有振动均匀致使表面出现大量缺陷,而这些都是裂纹产生与扩展的源泉。同时制造一批材料,制备工艺的不成熟会导致材料出现优劣之分,对于冲蚀磨损实验来说,在研究一种材料的冲蚀磨损机理时,由于制造的多个试样都表现不出不同的性能,影响冲蚀磨损试验结果甚至得出误导性的结论。由于在冲蚀试验前期会出现这种情况,因此我们先说一下制备工艺中一些重要操作对浇注料预制件耐磨性能的影响,以作参考。

(1)养护制度

和现场施工一样,即使是在实验室中,也需要对成型后的浇注料预制件进行养护,因本实验采用的为水泥结合浇注料,因此,如何提高水泥与骨料和细粉的结合强度至关重要,依次对养护时间和养护方式进行讨论。浇注料预制件的硬化与周围湿度有密切关系,本实验制备与养护过程均在实验室条件下进行,并不一定符合现场施工条件。所有脱模试样都会在110℃下进行烘干24h处理。

得出几点结论:

(1)耐火砖随着轻质粘土耐火砖标准养护时间的增加,体积磨损率随之减小,说明较长时间的养护对于浇注料预制件的耐磨性能有较好的效果,但在不脱模养护两天基本达到要求,虽然随时间的增加磨损率还会减小,但影响有限;

(2)不脱模养护明显优于脱模养护,不脱模养护得到的浇注料耐磨性能基本较好。

养护是指浇注料预制件脱水的过程,添加水的量也和养护时间有关,在脱模养护时,预制件与周围空气接触范围较广,养护过程中水分散发较快,不利于水泥产生更高的强度。试验过程中发现,养护的过程中不同浇注料预制件的质量会发生不同程度的变化,例如在空气中养护质量一般较小。预制件中水泥的含量较高,其在水化过程中会使材料更为致密,耐磨性能更好。在养护过程中尽量保持浇注料预制件中的水分,可以在表面适当的浇水。

(2)加水量

耐火砖生产设备

在不同的环境下加水量会有所不同,以现场浇注料的施工过程为例,加水量过少会导致流动性差浇筑困难,过多也会影响成型后浇注料的强度,需要加入合适的量。在实验室的环境进行最佳的加水量实验,在加水量小于5%时,其流动性很差,大骨料裸露程度很高,表面的显气孔率高,因此,设定试验加水量最低为5%,如表1是加水量与体积磨损率的关系。可以发现,加水量在7.5%左右浇注料预制件为最佳状态。

试验是在冲蚀时间为20min,冲蚀角度为45°,磨料速度为10.8m/s的条件下进行。

在试验过程中还发现,原料的差异对浇注料预制件影响较大,例如所使用的高铝矾土熟料,产地不同烧成工艺会有所差别,人工因素影响更大,不同的矾土熟料制成的浇注料可能会出现局部耐磨性能很好,另一部分耐磨性能很差的情况,使浇注料预制件的均匀性较差,因此试验所用样块尽量使用同一厂家同一批次的产品,或者使用质量更好更均匀的高铝均质料。

高铝浇注料预制件原始成型、内部切面分别在30°、45°、60°的冲蚀角度下进行试验后的体积冲蚀率测试结果。在30°、45°、60°冲蚀角度时,髙铝浇注料预制件原始成型面、内切面体积磨损率分别为0.056mm³/g和0.017mm³/g、0.082mm³/g和0.030mm³/g、0.112mm³/g和0.060mm³/g。它们的体积磨损率均随冲蚀速度的增大而增大,且内部切面的体积磨损率小于原始成型面。

高铝浇注料预制件属于脆性材料,具有脆性材料的力学特征,硬度大脆性高并且有相对较高的耐压强度,在冲蚀过程中,也满足典型脆性材料的冲蚀磨损行为。在冲蚀角度为30°的小角度时,材料冲蚀磨损的主要方式为切削、犁割作用,而在90°等高角度下,其冲蚀磨损机理主要是脆性断裂引起的裂纹形成和扩展。

而对于这种“骨料-基质”型耐火材料,其被冲蚀表面往往被硬度不高、强度相对较小的基质所富集。因此,小角度下的切削作用往往只能对基质产生一定程度的冲刷,当基质的冲刷逐渐完成,甚至还没有完成时,骨料开始逐渐裸露,但是切削作用对强度高、硬度大的骨料的破坏作用是非常有限的,大多时候是发生碰撞作用,且骨料的所占比例增大,成为抵抗冲蚀磨损的应力集中区,由于骨料的阻挡,磨粒很难再更深一步的对材料进行冲蚀破坏,因此在小角度冲蚀时,高铝浇吉林耐火砖注料的体积冲蚀率不大。

也可以从能量角度进行分析,小角度进行冲蚀时,靶材的反向冲蚀应力较小,转化为材料体积损失的真实应力也就较小,因此体积磨损率不大。随着冲蚀角度的增大,脆性断裂逐渐代替切削、犁割作用成为此时材料冲蚀磨损的主要原因。在高角度下高铝浇注料预制件中的骨料部分成为抵抗冲蚀磨损的主要载体,随着冲蚀时间的增加,骨料渐渐萌生裂纹,进一步导致裂纹的扩展,最后直奥美耐火砖至骨料大颗粒剥落,造成靶材较大的体积损失,冲电炉耐火砖浸水后跳闸蚀磨损率较大。根据典型的脆性材料冲蚀理论,最大冲蚀率出现在90°冲蚀角的时候。

对于高铝浇注料预制件原始成型面,在4min冲蚀时间的条件下,磨粒冲蚀破坏的都是靶材表面包裹骨料的基质和细粉,骨料只有初步裸露,形貌完好,基本没有裂纹的产生和扩展,虽然有些地方骨料已经作为抵抗冲蚀的阻碍,但是基质仍然是应力集中的地方;通过对(b)(d)两图的观察可以看出,对于髙铝浇注料预制件的内部切面,抵抗磨粒冲蚀磨损作用的基本都是大颗粒的骨料,基质和细粉则填充在骨料与骨料的间隙从而得到保护,但是冲蚀时间较短,且冲蚀角度并不是最大的90°,所以裂纹的产生和扩展并不明显,但是此阶段的应力基本都由强度更高、耐磨性更好的骨料承担,因此材料体积冲蚀率并不大。

通过纵向对比(a)(c)可以看出,冲蚀角度为30°时,骨料只有少部分裸露,且形貌完整,无裂纹,材料原始成型面上基质部分甚至没有被冲蚀完全,主要损坏形式以切削为主,但是磨粒对骨料的切削作用并不明显;直到冲蚀角度为60°时,骨料裸露程度进一步增大,有少数部位的骨料已经基本完全裸露,且裸露部分与基质部分分部均匀,有些骨料呈现尖角形裸露来抵抗磨粒的冲蚀磨损,成为主要承担冲蚀的地方,但整体来说,还是处于基质包裹骨料的形貌结构,冲蚀磨损机理仍以切削为主。

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