耐火浇注料的混合机理和工艺是什么?

2021-07-30 15:33:49 sunfei 59

        耐火浇注料中的骨料颗粒对其性能有重要影响,尤其是材料的抗热震(断裂)性能非常明显。由于材料中应变能的减少与粒径的立方成正比,而断裂引起的表面能增加仅与粒径的平方成正比,自发裂纹主要发生在大颗粒中。这样就可以在耐火浇注料中加入一部分大颗粒来改善材料的非线性性能,因为强度较高的大颗粒会使裂纹转向,改善晶间裂纹的性能。之前已经发现使用具有适当体积分数的粗骨料可以防止裂纹扩展。例如,电炉顶三角和中心区使用的刚玉耐火浇注料,掺入30mm左右的大颗粒(用量为25%)时,可防止裂纹扩展。实际使用结果也表明,这种材料大大提高了使用寿命。由于这种材料处于一定的应力阶段,在靠近裂纹顶部的区域会形成许多微裂纹,因此需要更多的能量来引起裂纹扩展。原因是当原裂纹伸长和形成新裂纹所需的能量与原裂纹伸长所释放的能量达到平衡时,原裂纹开始扩展,微裂纹面积扩大。逐渐扩大。后者也需要消耗一部分能量,所以对原有裂纹的扩展有抑制作用。同时,上述耐火浇注料中骨料颗粒的弹性模量一般高于基体,因此骨料颗粒对原有裂缝的扩展有阻碍作用。当集料模量与基体模量的比值越大,原始裂纹尖端越靠近集料表面,集料粒径越大,集料的抗裂性越大。


        还可以通过在耐火浇注料中分散一些棒状或片状骨料来改善耐火浇注料的非线性性能,使材料具有较高的抗热震性。

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        耐火浇注料与水混合制成耐火浇注料浆料是其施工中极为重要的一道工序。混合是在特殊的混合设备中以恒定速度进行的。混合过程中产生的混合力、均匀混合所需的时间、耐火浇注料浆液的温度都会升高。


        耐火浇注料混合物中含有一定量的细粉和微粉,粉末一般有自然团聚的倾向。在有水的情况下,颗粒粘附和团聚的力是范德华力和毛细管力,它们在不同成分的粉末中的作用更为复杂。

        在加水初期,颗粒会被吸附层的所谓液膜覆盖,同时颗粒之间会有连接的“液桥”。吸附层的重叠产生吸附力并使颗粒聚结。吸附力随着颗粒接触面的扩大而增加,从而增加团聚体的强度。当进一步加水或提高颗粒中水的分离度时,可以增加被水包裹的颗粒数量,同时可以增加扭矩。

当含水量达到临界(转动)水平时,颗粒之间就会形成“液桥”。体系的剪切阻力急剧增加(此时有毛细管吸引力)。通常,剪切阻力随着颗粒表面积的增加(即粉末的粒径减小)而增加(因为过多的“液桥”形成)。当耐火浇注料中的水分刚好填满颗粒之间的空隙(孔隙)并覆盖颗粒表面达到临界值(转折点)时,毛细管力最强。进一步加水会导致“液桥”数量急剧减少,因此泥浆(浆液)的抗剪切力也会下降。


耐火浇注料在与水混合初期容易形成含水团块(有的团块还包裹有大量游离水,即非吸附水),严重影响耐火材料的流变性能浇注料浆。因此,只有将这些团聚体打碎形成较小的可移动单体(颗粒或颗粒簇),耐火浇注料浆才能具有流变性能。


耐火浇注料的混合过程需要经过以下三个过程:①破碎干粉料的结块,使粉粒均匀; ②在粉料中加水,使粉料由干粉状态转变为流体状态。该过程需要足够的混合能量,通常称为耐火浇注料的转折点(转变点); ③加入所需的全部水后,将物料混合至合适的稳定均质状态。有时,可以在最后阶段应用高剪切速率以补偿前两个过程中混合不充分的影响。


混合时由于细粒子形成的团聚体,因范德华效应的增强和粒子尺寸的减少产生的毛细管力的作用而变得更强。因此,混合过程中必须克服这些力,才能破坏团聚体,使对应的耐火浇注料浆体均化。