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    SiC及添加劑對水泥回轉窯用硅莫磚性能的影響

    發布日期: 2020-09-30 15:25:26    閱讀量(190)    作者:

    近年來,我國水泥工業向大型化、原料能源多元化、節能減排高效化等趨勢發展,對水泥窯用耐火材料提出了更高的要求。耐火材料所承受的熱應力、機械應力和化學侵蝕大幅增加,導致水泥窯用耐火襯里的使用周期縮短,耐火材料消耗增加,影響了水泥窯的使用壽命和運轉率。過渡帶是窯襯最易損壞的部位,該部位溫度較高且溫度變化頻繁,熱應力較大,伴隨著堿、硫成分的侵蝕,造成該部位耐火材料損壞加快。采用硅莫磚為過渡帶襯磚時,由于掛窯皮困難而難以受到窯皮保護,使襯磚直接受到火焰沖擊,水泥熟料的磨損和堿硫物的侵蝕,而加快襯磚的損壞速度。因此,進一步提升和優化硅莫磚的性能很有必要。基于此,本工作中研究了碳化硅和添加劑對硅莫磚性能的影響。

    1試驗

    試驗所用的主要原料為:Al2O3>80%的高鋁礬土熟料,其粒度為5~3、3?1、≤1、<0.088mm;≤0.15和≤0.075mm、SiC質量分數>90%的碳化硅;≤0.080mm黏土。用紙漿廢液做結合劑,其密度為1.12g·cm-3。原料的化學組成見表1。

    表1原料的化學組成

    試樣的配比見表2。按表2的配方準確成料,先將顆粒料加入混碾機干混2min,加入3%的紙漿結合劑,混煉5min,加入細粉混煉10min成料,困料4h后,在630t壓磚機上成型,磚坯自然干燥8h后,經110℃24h干燥,入隧道窯中1450T6h燒成,出窯后制樣檢測有關指標。

    表2試樣配比

    按GB/T2997—2000檢測顯氣孔率和體積密度,按GB/T5072—2008檢測常溫耐壓強度,按YB/T370—1995檢測荷重軟化溫度,按YB/T376.1—1995檢測抗熱震性(1100℃,水冷),用盒尺測量試樣的氧化層厚度。

    2結果與分析

    2.1碳化硅加入量對試樣性能的影響

    圖1示出了碳化硅加入量對試樣性能的影響。從圖中看出,隨著碳化硅加入量的增加,試樣的顯氣孔率逐漸降低,當加入量超過20%(w)時,顯氣孔率升高;試樣的常溫耐壓強度隨碳化硅含量的增加而增加,當加入量超過20%(w)時,常溫耐壓強度增加趨緩;抗熱震性隨碳化硅加入量的增加而提高,其加入量超過20%(w)時,抗熱震性有下降趨勢。

    圖1SiC加入量對試樣性能的影響

    2.2碳化硅粒度對試樣性能的影響

    碳化硅粒度對試樣性能的影響見表3。表中顯示,增加細顆粒加入量,有利于試樣耐壓強度的提高和顯氣孔率的降低。增大細粉的粒度,有益于改善試樣的抗熱震性。

    表3碳化硅粒度對試樣性能的影響

    2.3添加劑加入量對試樣性能的影響

    添加劑加入量對試樣性能的影響如表4所示。從表中看出,常溫耐壓強度隨著添加劑加入量的增加而提高,但當加入量超過2%(w)時,材料的常溫耐壓強度降低;隨著添加劑加入量的增加,材料的抗熱震性逐漸提高,材料的氧化層厚度逐漸減薄,當加入量超過2%(W)時,材料的抗熱震性降低,氧化層厚度有增加的趨勢。

    表4添加劑加入量對試樣性能的影響

    碳化硅具有較低的熱膨脹系數,較高的熱導率。因此,加入碳化硅后提高了材料的抗熱震性。但高溫下SiC氧化生成較高活性的SiO2,部分SiO2與基質中的Al2O3反應生成莫來石,這兩個反應都產生一定的體積膨脹,形成致密氧化層,降低顯氣孔率,阻止碳化硅進一步氧化,同時提高強度。由于碳化硅屬共價鍵,難以與基質形成緊密結合,所以其加入量過大時,改善材料性能的效果不明顯甚至有負作用。

    碳化硅細顆粒的比表面積和活性大于粗顆粒,所以高溫時優先于粗顆粒氧化,氧化后促進了材料燒結,降低了顯氣孔率,提高了材料的強度,同時改善其抗氧化性能。另一方面,碳化硅氧化后不利于材料抗熱震性能的提高。所以復合加入粒度不同的碳化硅細粉,使材料具有較好的抗氧化性和抗熱震性。

    由于添加劑活性較大,首先于碳化硅氧氣反應,中溫時促進了材料的燒結,提高其常溫耐壓強度。同時添加劑對碳化硅的氧化起保護作用,使材料的氧化層減薄,殘余碳化硅的量相對較多,從而改善了其熱震穩定性。當加入量超過2%(w)時,造成高溫液相增多,將導致材料性能下降。

    3結論

    隨碳化硅加入量的增加,材料的強度和抗熱震性提高,其合理加入量為15%~20%(w)。碳化硅細粉以兩種粒度復合加入時效果更好。加入添加劑后,有利于材料性能的提高,其合理加入量為2%(w)。

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