張成行，冉江艷，宋洪武

(貴陽聯(lián)合高溫材料有限公司，貴州　貴陽　550014)

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高強免烘烤焦寶石-莫來石質(zhì)噴涂料的研制及應(yīng)用

張成行，冉江艷，宋洪武

(貴陽聯(lián)合高溫材料有限公司，貴州貴陽550014)

以焦寶石、莫來石、CA-75純鋁酸鈣水泥、SiO2微粉、膨脹劑、增塑劑、促凝劑、防滲劑等配制高強免烘烤焦寶石-莫來石質(zhì)噴涂料，結(jié)果表明：不但機械強度高、抗沖刷、導(dǎo)熱率低、而且施工時無須架設(shè)模板、無須烘烤，直接使用，廣泛應(yīng)用于大型水泥窯窯頭罩、篦冷機，焦?fàn)t爐門、炭化室、爐墻等高溫設(shè)備的局部搶修或新襯體構(gòu)筑。

免烘烤；噴涂料；研制；應(yīng)用

噴涂料屬于不定形耐火材料范疇[1]，新技術(shù)、新工藝、新裝備的不斷涌出，發(fā)展速度極為迅速，在工業(yè)窯爐的應(yīng)用范圍日益擴大[2]，但對不需烘烤直接使用的報道較少，本噴涂料不但可用于高溫設(shè)備襯體的整體構(gòu)筑，更宜于在熱態(tài)或冷態(tài)下對襯體局部搶修，施工時以高速高壓氣體為載體，將具有很高動能的各種粒料噴射入底層的材料之內(nèi)，顆粒間緊密堆積，結(jié)合牢固[3-4]，形成高密度，高強度的噴涂層。施工效率高，無磚縫，整體性好，節(jié)約能源，使用時不烘烤、不開裂、不暴炸，具有推廣應(yīng)用價值。

1　實　驗

1.1原料

試驗用焦寶石5～3 mm、3～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0 mm 做骨料，軟質(zhì)粘土、莫來石、CA-75純鋁酸鈣水泥、SiO2微粉做基質(zhì)，主要原料的化學(xué)組成見表1。

表1　主要原料的化學(xué)組成

1.2試驗方法

按配比準(zhǔn)確稱量各種物料倒入攪拌機內(nèi)干混2 min，加入適量的水?dāng)嚢? min 后出料，然后制備成40 mm×40 mm×160 mm 的試樣,自然養(yǎng)護(hù)24 h 后脫模，經(jīng)110 ℃×24 h 烘干后試樣分別在1000 ℃×3 h，1350 ℃× 3 h熱處理后檢測其性能指標(biāo)。

抗暴裂試驗：工藝同上，將脫模后的100 mm×100 mm×100 mm 試樣直接放入800 ℃的電爐內(nèi)保溫0.5 h，然后打開電爐爐蓋，觀察測量計算試樣的抗暴性。

2　結(jié)果與討論

2.1軟質(zhì)粘土的加入量對噴涂料粘附率、1350 ℃× 3 h 線變化的影響

由圖1可知，隨著軟質(zhì)粘土加入量的增加噴涂料的附著率逐漸增大，但當(dāng)加入量大于8%時曲線趨于平緩，說明噴涂料的附著率增加不明顯；是由于軟質(zhì)粘土粒度極細(xì)，浸散性好，粘結(jié)性強所致；隨著軟質(zhì)粘土加入量的增加噴涂料1350 ℃×3 h的線變化呈收縮趨勢，是由于軟質(zhì)粘土中雜質(zhì)含量高，燒失量大，尤其加入量大于8%時，收縮率增幅更大，使噴涂料開裂，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落，影響噴涂料的使用壽命；綜合考慮其加入量在5%～7%為宜。

圖1　增塑劑加入量對噴涂料附著率及1350 ℃× 3 h線變化影響

2.2SiO2微粉的加入量對噴涂料氣孔率、線變化的影響

圖2　SiO2微粉加入量對噴涂料氣孔率的影響

從圖2可知，噴涂料的氣孔率隨SiO2微粉加入量的增加而逐漸降低，線變化率由收縮變?yōu)槲⑴蛎洠?dāng)SiO2微粉的加入量大于2%時，氣孔率又隨SiO2微粉加入量的增加而增加，線變化率又由微膨脹變?yōu)槭湛s而且收縮率逐漸增大。因為SiO2微粉是一種球形無定形二氧化硅粉體，具有活性高，粒徑小，有效地填充噴涂料的亞微空隙，形成緊密堆積，本噴涂料中有粒徑細(xì)小的軟質(zhì)粘土填充了部分細(xì)小的氣孔，SiO2微粉主要填充亞微空隙，所以加入量不宜過多，否則不但破壞了緊密堆積，而且富余的 SiO2微粉靠自身分子間的作用能自發(fā)團(tuán)聚，包裹大量的自由水，影響噴涂料的性能，所以當(dāng)SiO2微粉加入量大于2%時，噴涂料的氣孔率再次增加，線收縮率增大。同時SiO2微粉加入量過多也會使噴涂料內(nèi)部的排氣通道大量堵塞，防暴裂性能下降，綜合考慮SiO2微粉的加入量1.5%～2%為宜。

圖3　SiO2微粉加入量對噴涂料1350 ℃× 3 h線變化率的影響

2.3CA-75水泥加入量對噴涂料耐壓強度、線變化的影響

圖4　CA-75水泥加入量對噴涂料耐壓強度的影響

圖5　CA-75水泥加入量對噴涂料線變化的影響

由圖4、圖5可知，隨著CA-75水泥加入量的增加耐壓強度遞增，線收縮率逐漸增大，1000 ℃×3 h燒后的強度下降；CA-75水泥水化后生成CAH10晶體和AH3鋁膠，晶體呈片狀，針狀結(jié)晶，并相互交錯、重疊，鋁膠填充于晶體間的空隙形成致密的結(jié)構(gòu)體，為噴涂料提供結(jié)合強度，隨著溫度的升高，CAH10(1.72 g/cm3)→ C2AH8(1.95 g/cm3)→ C3AH6(2.52 g/cm3)[5]，水化產(chǎn)物由低密度轉(zhuǎn)化為高密度，摩爾體積縮小，空隙率增大，產(chǎn)生體積收縮[1]，水化物在脫水和分解過程中水合鍵遭到破壞，在中溫階段(800～1000 ℃)燒結(jié)作用尚不明顯，因此會導(dǎo)致噴涂料強度下降，當(dāng)溫度達(dá)1350 ℃以上時，噴涂料發(fā)生燒結(jié)產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，強度又重新增大；線變化因膨脹劑在1350 ℃時分解為莫來石和游離SiO2即3(Al2O3·SiO2)→3Al2O3·2SiO2+SiO2伴隨有17%～18%的體積膨脹所致。綜合考慮CA-75水泥加入量15%～18%為宜。

2.4防暴纖維對噴涂料耐壓強度、防暴性的影響

表2　防暴纖維加入量對噴涂料防暴性能及強度的影響

由表2可知，隨防暴纖維加入量的增加噴涂料的防暴性能大幅度改善，但耐壓強度卻逐漸降低；由于防暴纖維直徑55～100 μm, 具有抗拉申，耐沖擊，軟化點120 ℃，熔化點160 ℃，無殘留物等特點，可大幅地提高噴涂料的透氣度，達(dá)到快速或免烘烤不開裂、不暴炸的目的；若加入量過多則導(dǎo)致噴涂料結(jié)構(gòu)體遭到破壞，嚴(yán)重影響噴涂料的強度；綜合考慮，加入量一般在0.25%～0.35%(重量比)為宜。

2.5高強免烘烤焦寶石-莫來石質(zhì)噴涂料的性能指標(biāo)

表3　高強免烘烤焦寶石-莫來石質(zhì)噴涂料的性能指標(biāo)

續(xù)表3

2.6使用情況

本噴涂料于2012年11月8日在某水泥廠2500 t/d回轉(zhuǎn)窯窯頭罩及篦冷機頂部整體噴涂使用，無需支模無需養(yǎng)護(hù)、工期短、速度快、可大幅度節(jié)省人力、物力、財力、提高水泥窯的運轉(zhuǎn)率。于2015年10月20日回轉(zhuǎn)窯大修時觀察：窯頭罩頂部有0.5～1.5 mm的龜裂，沒有剝落，而篦冷機頂部則無裂紋，但有局部剝落，皆不影響使用，對此觀察，今后我們對窯頭罩用噴涂料的技術(shù)配比及篦冷機用噴涂料的施工工藝加以改進(jìn)、完善,充分滿足客戶的需求。

3　結(jié)　論

(1)合理的SiO2微粉和防暴纖維的加入，即保證了噴涂料中溫結(jié)構(gòu)強度又滿足了噴涂料內(nèi)部適宜的透氣度，達(dá)到免烘的效果。

(2)使用結(jié)果表明，本噴涂料施工方便，附著率高，強度高，整體性好，耐急冷急熱。

[1]韓信祿.不定形耐火材料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994:357-358.

[2]張巍.耐火噴涂料的研究進(jìn)展[J].耐火材料,2012,46(4):303-308.

[3]李楠,顧華志,趙惠忠.耐火材料學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010:340-342.

[4]李紅霞,徐延慶,王守業(yè),等.耐火材料手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007:557-561.

[5]張巍,小宮山勇,戴文勇,等.一種高鋁噴涂料的開發(fā)[J].耐火與石灰,2009,34(3):8-10.

Development and Application of High Strength Free Baking Scorched Stones Mullite Coating

ZHANGCheng-hang,RANJiang-yan,SONGHong-wu

(Guiyang Combined High Temperature Materials Co., Ltd., Guizhou Guiyang 550014, China)

Bauxite, mullite, CA-75 pure calcium aluminate cement, SiO2powder, expansive agent, plasticizer, coagulant, anti-seepage agent were used to prepare high strength bake free scorched stones-mullite coating. The results showed that it not only had high mechanical strength, anti erosion, low thermal conductivity, but also can construe without erection template, without baking, can be direct used. It is widely used in the local high temperature equipment repair or new lining structure, such as kiln head large cement kiln hood, grate cooler, the door of coke oven carbonization chamber, furnace wall.

free of baking; gunniting mix; manufacture; applicable

TQ630.6,TQ630.7+9

A

1001-9677(2016)05-0103-03