耐火澆注料在烘烤階段就出現(xiàn)爆裂的原因及解決措施

發(fā)布時間：2022-12-29

耐火澆注料在使用前的烘烤為其生產(chǎn)過程中重要的一環(huán)，澆注料烘烤制度制定合理與否決定其坯體烘烤的好壞，進而直接影響其使用性能、廠家的生產(chǎn)過程及經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的澆注料烘烤制度的制定通常簡單強調(diào)控制兩個節(jié)點：100~150℃與250~350℃，即自由水的排除于結(jié)晶水的排除，但據(jù)此確立的烘烤制度在烘烤過程中時常發(fā)生澆注料坯體的剝落甚至爆裂，因此對澆注料烘烤制度的指定還需要根據(jù)其損壞的原因，合理分析烘烤過程中澆注料物性變化，嚴格制定其烘烤制度。


一、爆裂原因分析
澆注料爆裂為兩方面原因所致，一是烘烤時內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽壓力，二是因溫度梯度所引起的內(nèi)部熱應力爆裂。
1.1蒸汽壓力致爆裂
蒸汽壓力致爆裂的機理主要是耐火制品中自由水、結(jié)合水等在烘烤過程中蒸發(fā)，在坯體內(nèi)部產(chǎn)生帶壓氣體，如制品透氣性差，或加熱速率過快，產(chǎn)生的蒸汽無法及時排除而聚集形成的壓力超過制品的限強度時，將導致耐火制品機械性破壞，甚至粉碎性炸裂。
耐火澆注料烘烤時其內(nèi)部蒸汽壓力的形成不能簡單用水和蒸汽的溫度—壓力關系來說明，綜合可知原因如下：
(1)耐火澆注料內(nèi)部蒸汽壓力升高機制：烘烤過程中的耐火澆注料內(nèi)部存在飽和水蒸氣阻隔墻效應，受飽和層的阻隔，水蒸氣不能快速向內(nèi)遷移，只得進入加熱層，被進一步加熱升溫，體積急劇增加至上千倍，從而在澆注料內(nèi)部形成很高的蒸汽壓力；
(2)蒸汽壓力爆裂機理的影響因素：主要有形成的水蒸氣壓力大小、水(氣)排除的方式、坯體強度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及透氣度。1.2熱應力致爆裂
澆注料烘烤過程中內(nèi)部熱應力的作用機理可理解為制品在烘烤時內(nèi)部顆粒周圍產(chǎn)生兩向或三向熱應力，由于澆注料本身為一復雜非均質(zhì)系統(tǒng)，熱應力隨著溫度梯度的升高而升高，進而在顆粒或其周圍薄弱處形成微小但能量較高的裂縫，當達到某一值時，或與孔蒸汽壓力等其它因素結(jié)合在一起，形成比制品自身抗拉強度更高的拉應力，從而導致破壞的發(fā)生。
二、解決耐火澆注料爆裂的措施
目前，改善耐火耐火澆注料抗爆裂性的措施主要有2種，合理的干燥升溫制度以及防爆添加劑的運用。受限于各窯爐生產(chǎn)條件不一，較難制定統(tǒng)一合理的干燥升溫制度，因此，常采用加入防爆裂物質(zhì)的方式來改善耐火澆注料的抗爆裂性。新型高強抗侵蝕澆注料具有優(yōu)良的抗侵蝕性和較好的抗熱震性，使得其廣泛用于大型窯爐關鍵部位內(nèi)襯。在生產(chǎn)過程中通過結(jié)構(gòu)、顆粒級配、材質(zhì)、添加劑等方面對提高其抗爆裂性能進行了調(diào)整，但同時也帶來了一些問題，如凝結(jié)速度過快、硬化延遲和流動性瞬間喪失等，致使耐火澆注料爆裂時有發(fā)生。
針對高強抗侵蝕耐火澆注料在使用過程中時常發(fā)生爆裂，爆裂厚度為50~100mm，擬選用目前耐火澆注料較為常用的一種聚丙烯防爆纖維，改善或解決此類問題再次發(fā)生。聚丙烯防爆纖維其為聚乙烯材質(zhì)，纖維較細，長徑比較大，因此比表面積較大，有助于軟化熔融，當然亦和材料本身成分熔點低有有一定關系。
耐火澆注料的剝落爆裂機理指耐火澆注料是由其烘烤過程中產(chǎn)生的高蒸汽壓力及不均勻的熱應力共同作用結(jié)果。耐火澆注料在烘烤過程中內(nèi)部蒸汽大量的產(chǎn)生特別是澆注體內(nèi)結(jié)晶水的揮發(fā)，容易在150~250℃之間通過氣孔揮發(fā)至耐火澆注料的表面。如果此時溫控不當，澆注料內(nèi)蒸汽壓過大就會造成澆筑體炸裂，所以采用聚乙烯防爆纖維利用其低熔點低熔融的物理特性，在耐火澆注料烘烤過程中內(nèi)部蒸汽大量產(chǎn)生的溫度區(qū)間(150℃~220℃)時形成聚乙烯防爆纖維的熔融產(chǎn)生離隙，形成間距造成拉拔效應，促使結(jié)晶水的內(nèi)蒸汽揮發(fā)過程中對澆筑體的膨脹影響縮減到小。
耐火澆注料添加防爆纖維后在使用過程中還需要考慮纖維熔融后對澆注料孔隙、強度、耐腐蝕與耐磨性能的影響，不同特征材質(zhì)的防爆纖維軟化熔融溫度對耐火澆注料抗爆裂性能的影響并非唯 一，防爆纖維的外觀形貌、長度、直徑、材質(zhì)成分等亦共同影響耐火澆注料防爆裂性能，且耐火澆注料本身諸如體密、強度、氣孔率、透氣度等多重因素影響也都不是完全沒有可能造成耐火澆注料的爆裂，所以造成耐火澆注料的爆裂因素較多，還需深入研究。