耐火材料与燃烧概论7.ppt

第7章不定形耐火材料不定形耐火材料的种类很多，可依所用耐火物料的材质而分类，也可按所用结合剂的品种而分类。通常，多根据其工艺特性分为浇注或浇灌耐火材料(简称浇注料或浇灌料)、可塑耐火材料(简称可塑料)、捣打耐火材料(简称捣打料)、喷射耐火材料(简称喷射料)、投射耐火材料(简称投射料)和耐火泥等。耐火涂料也可认为是一种不定形耐火材料。种类通常，不定形耐火材料的生产只经过粒状、粉状料的制备和混合料的混练过程，过程简便，成品率高，供应较快，热能消耗较低。根据混合料的工艺特性采用相应的施工方法，即可制成任何形状的构筑物，适应性强，用在不宜用砖块砌筑之处。多数不定形耐火材料可制成坚固的整体构筑物，可避免因接缝而造成的薄弱点。当耐火砖的砌体或整体构筑物局部损坏时，可利用喷射进行冷态或热态修补，既迅速又经济。用作砌筑体或轻质耐火材料的保护层和接缝材料尤为重要，用以制造大型耐火制品也较方便。7.1浇注耐火材料7.1.1浇注料用的瘠性耐火原料硅质材料中的硅石由于在中温下体积膨胀较大，高温下与碱性结合剂的反应强烈，体积稳定性和耐热震性都很低，因此用者极少。在硅质材料中的熔融石英，由于其热膨胀系数极小，耐热震性很好，并耐酸性介质的侵蚀，可作为在中温下使用而且要求耐热震性很高的化学工业的一些窑炉所用浇注料的原料。
镁质材料是制造耐碱性熔渣侵蚀的镁碳浇注料和铺加热炉炉底浇注料的主要原料。当采用此种材料配制浇注料时，不应使用含水的结合剂。
铬质材料的质量因产地而异，可用于加热炉中气氛变化不大的部位。在制造碱性同酸性材料间隔层的浇注料中，应用此种原料较适宜。
锆质材料，如锆英石，可作为配制锆英石浇注料的主要原料。
碳化硅是配制浇注料的优良材料。它很适宜于用作耐高温、耐磨或要求高导热之处的浇注料原料。一般认为，以烧结良好的吸水率为1-5%的烧结材料作为粒状料，可获得较高的强度。以熔融材料作为粒状料，因其表面不吸水，易使浇注料中粗颗粒的下部集水较多，使颗粒与结合剂之间结合强度降低，而且在使用过程中也不易烧结为密实的整体。但若以超细粉的形式加入，则不仅对强度无不利的影响，而且可提高耐侵蚀性。
若欲生产体积稳定性较高和耐热震性很好的不定形耐火材料，可选用热膨胀系数小的材料作为粒状料。如在中温下使用的浇注料，除可使用熔融石英外，利用SiO2-Al2O3-MgO系的堇青石和SiO2-Al2O3-Li2O系的锂辉石作为粒状料，就具有此种效果。
浇注料的粒状料也可用轻质多孔的材料制成。另外，也可使用纤维质的耐火材料。
浇注料中的粉状料，对实现瘠性料的紧密堆积，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，促进其在服役中的烧结和提高其耐侵蚀性都是极重要的。因此粉状料的质量必须得到保证。
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和耐侵蚀性有所减弱。为提高基质的量，避免基质部分可能带来的不利影响，常采用与粒状料的材质相同但质地更优的作为粉状料，以使浇注料中的基质与粒状料的品质相当。
浇注料中粉状料的粒度必须合理，其中应含一定数量粒度为数μm甚至小于lμm的超细粉。7.1.2浇注料用结合剂铝酸钙水泥常指一种以铝酸钙为主要成分的水泥，有普通高铝水泥、氧化铝较高的高铝水泥-65和低钙高铝水泥。
铝酸钙水泥的化学组成主要是Al2O3、和CaO，有的还有Fe2O3和SiO2。其矿物组成为铝酸一钙(CaO·Al2O3，简写CA)、二铝酸钙(CaO·2Al2O3，简写CA2)、七铝酸十二钙(12CaO·7Al2O3，简写C12A7)以及钙黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2，简写C2AS)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3,简写C4AF)等。通常根据其化学矿物组成分为三类，如表7-2所示。浇注料使用的主要是低铁的淡黄色的高铝水泥和白色的低钙高铝水泥。水泥类别(1)铝酸钙水泥的水化和硬化。高铝水泥与水接触后可发生水化反应，然后在适当条件下硬化。浇注料用高铝水泥中可水化的矿物主要是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，它的水化及水化物的结晶，对水泥的凝结和硬化有重要影响。凝结虽不甚快，但硬化迅速，是高铝水泥获得强度特别是早期强度的主要原因。CA的水化过程和水化产物与养护温度有密切关系。当温度不同时，水化反应的过程和产物也不同，如下式：CA2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，其水化反应式如下：图7-1各种水泥配置的浇注料强度与水灰比的关系
1、2、3—三种不同水泥铝酸钙水泥的水化和水化后的凝结与硬化以及水泥石的强度还与调制水泥浆时所用的水量(水灰比)有关。对每种水泥在一定的施工条件下都有一最佳值。