轻质莫来石浇注料的研制与应用

轻质莫来石浇注料研制与在加热炉中的应用杨 勇 张继国 冯照胜 石 磊 李绍亮济钢集团总公司耐火材料厂 济南 250200摘要介绍了轻质莫来石浇注料的研制和使用。使用结果表明，该轻质浇注料适用于各种火焰炉等工 业窑炉的工作衬或保温隔热衬里，使用温度高，可直接接触火焰做工作衬使用，实现了窑炉的高温 节能，具有强度高，隔热效果好，使用寿命长等优点。关键词 轻质浇注料 莫来石 加热炉 节能降耗1、前言当今世界能源短缺已成为不可回避的现实，工业生产中，在保证产品产量、质量的前题下，降 低单位产品的燃料消耗，减少环境污染，是直接关系到国民经济可持续发展的重大问题，节能降耗 成为企业和科技界的重要任务。在这种形势下，工业生产用各种窑炉进行了相应技术改造革新，逐 步向高效、节能、无污染的方向发展。为了不断适应窑炉使用要求，研制生产了优质轻质莫来石浇 注料，并成功投入使用，取得了较好的使用效果。2、研制过程2.1 产品性能 研制开发的轻质莫来石浇注料具有：1）适用于各种火焰炉等工业窑炉的工作衬或保温隔热衬里，使 用温度高，可直接接触火焰做工作衬使用，实现高温节能；2）单位容重小，用作工业窑炉的炉顶、 炉墙、炉门、观火孔等部位，结构重量减轻4060%,减轻了窑炉钢结构负荷，节约钢材，消除了 炉顶吊挂砖承重受拉下的断砖、塌落等事故隐患；3）以优质多孔莫来石为骨料，与多种微粉、分散 剂的配合使用，导热系数低、性能优良、保温效果较为突出，与普通耐火浇注料比（如低水泥浇注 料等），可减少热量损失3040%，节约燃料 10%左右；4）施工简便，即可采用现场整体浇注又可成 型任何形状预制件组合安装，施工体强度高；5）高孔隙率配合复合防爆剂的加入，可实现快速烘炉 而排气通畅，缩短烘炉工期，经济效益显著。2.2 主要原料选择1）骨料确定通过实验我们知道，骨料的选择对于轻质浇注料的一系列性能包括体积密度、强度、隔热节能、 允许使用温度等影响显著。根据设计的性能要求，我们对比选择某轻质莫来石专业生产厂生产的多 孔莫来石作为骨料，该骨料为精选优质天然原料人工合成，合成温度在1650 r以上，骨料达到充分 烧结，莫来石化反应完全，骨料中晶相 70%以上为莫来石相，晶体发育良好并呈针状相互交错形成 网状结构，理化指标如表1。将以上骨料破碎为多级颗粒并严格筛分，确保各级粒度合格率达到90% 以上，确保工艺配比准确。多孔莫来石骨料理化指标表 1项目体密g/cm3Al 0%2 3SiO%2FeO%2 3显气孔 率导热系数(1000C)W/m.k筒压强度MPa耐火 度C指标1.25 1.40三65220.8500.45 0.48三417502）结合剂及基质组分的确定根据使用温度1500 r左右设计，确定以低水泥迟效促凝和微粉凝聚结合双重结合方式，水泥 采用纯铝酸钙型铝酸盐水泥，Al2O3含量大于70%,微粉以含铝微粉为主，以硅微粉等多种微粉复合 加入，提高了轻质浇注料拌合物的和易性和施工使用性能。另外由于轻骨料吸水率大，烘后或烧后 线收缩较大，容易出现整个砌体的收缩裂纹，在选用较多微粉改善性能的同时，适当加入一部分含 铝细粉，添加适量9501200r温度范围能够产生持续膨胀的膨胀剂，保证并提高轻质浇注料使用 中各个温度段的体积稳定性。同时防爆剂的合理选用，有效杜绝了因浇注体中游离水多、初期强度 低导致烘烤中裂纹甚至剥落损毁的发生。2.3 保证强度，降低体密实验强度和体积密度是轻质浇注料两个十分关键的性能指标，也是互相制约的指标，提高浇注料的强度，必然提高了其体积密度，显然对于轻质浇注料来说是不经济和不希望的。在保证有足够的 强度指标的前提下，降低体密、提高浇注料的隔热性能，是轻质莫来石浇注料研制中解决的主要难 题。通过多次实验，确定科学的轻骨料颗粒级配不变，通过调整硅微粉和水泥加入量，检测观察浇 注料强度、体积密度以及加水量的变化。实验配比见表2，指标见表3。轻质莫来石浇注料实验配比（%）表 2组分高铝等复合微细粉硅微粉水泥分散剂试1#284a3b1c试2#265a4b1c试3#246a5b1c试4#237a6b1c表 3 轻质莫来石浇注料实验指标编号抗折耐压抗折耐压抗折耐压体密加水110CX24h,(Mpa)1000CX3h,(Mpa)1500CX3h,(Mpa)110Cg/cm3量试1#2.19.64.527.36.430.51.6821试2#2.810.25.028.37.231.21.7021试3#3.611.06.330.1&333.01.7220试4#4.812.35.528.19.034.41.7520.5由上表可以看出，随着SiO2微粉和水泥含量的不断增多，轻质莫来石浇注料低温、高温强度指 标均呈现较明显的上升，体积密度则出现轻微线性升高，随着水泥加入量的继续加大，浇注料的中 温指标出现下降。综合考虑认为采用试3#可取得较好的效果。根据3#配方思路并对其中的高铝细粉、 高铝微粉等基质成份进行了合理调整，按照制样标准检测实际指标如表4。表 4 轻质莫来石浇注料实际指标项 目Al O2 3%热导率1000 C w/m.k体密110Cg/cm3耐压强度Mpa线变化率110C,24h1000 C,3h1500 C,3h1000 C,3h1500 C,3h指标70.80.4821.70123034-0.2-0.12.4 确定合适的施工搅拌方法，确保正常施工。第一次进行施工实验时，按照正常浇注料施工技术方法，骨料表面包裹粉料少，拌合物松散， 在振动施工中大颗粒上浮，影响了施工体表观质量和强度性能。通过对颗粒级配、微粉含量、粒度及 添加剂的多次选择和实验，效果虽有所改善，但在成型振动过程中仍然存在大颗粒跳起上浮与基质分 离现象。以同样配比，改变混练顺序，对于轻骨料先予以润湿，增强其自身粘合基质粉料的能力，再 加入部分水进行充分混练，拌合物流动性和泛浆良好，施工体质量得到了显著提高。3. 应用研制生产的优质轻质莫来石浇注料于2001 年底在山东某钢厂一座燃烧纯高炉煤气的蓄热式步 进梁式加热炉蓄热室工作衬进行使用，总用量 160 吨以上。施工时正值冬季，气温低，按照制定的 施工技术规程施工后顺利投产，使用至今施工体未发现有剥落、开裂等损坏现象，施工体的强度和 隔热性能优良，现仍在正常应用中。4、结论4.1 通过选用优质多孔莫来石骨料及基质成份 ,添加适量外加剂,可以生产出适用于各种火焰炉 等窑炉使用要求的轻质浇注料;4.2 主要结合剂及微粉的合理调整,对产品的主要性能指标产生一定影响;4.3 研制生产的轻质莫来石浇注料强度和隔热性能良好,满足了使用要求