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高性能防爆浇注料的组成结构和性能研究

徐吉龙  
【摘要】:防爆浇注料是高温工业生产规模和设备大型化发展趋势带动的一种新型耐火浇注料。本文通过物理性能测试、爆裂温度测试系统地研究了有机纤维、金属铝粉和偶氮二甲酰胺及其复合添加对刚玉系耐火浇注料物理性能和防爆性能的影响。借助于SEM显微结构分析、压汞法孔径分布分析、碳化法气体渗透分析和压差法透气度测试,研究了单一与复合防爆添加剂对刚玉浇注料组织结构和性能的影响,探讨了它们在浇注料中的造孔机理和防爆作用。在此基础上优化出新型复合防爆添加剂,研制的铁沟高性能防爆浇注料在实际中大面积推广应用,取得较好经济与社会效益。 通过大量实验研究与分析,得到了如下结论: 1.纤维防爆剂是通过在浇注体内相互连接造成网状,在热处理后实现贯通气孔通道,使水蒸气和湿分沿通道,以较小阻力迁移而不破坏浇注体的实体结构,从而使浇注体抗爆性能提高。纤维造孔特性是适合几何渗透模型的空间分布,自形消失造孔。在小的加入量下浇注体中通孔提高幅度有限,但当达到一定值后,则是对浇注料渗透性会大幅增加,再提高加入量,渗透性增加幅度又很小了; 2.防爆纤维对耐火浇注料的物理性能有影响,随加入量的增加,物理性能下降,在较小的加入量范围内,但已达到防爆所需的加入量,浇注料的强度仍能达到使用要求。防爆纤维熔点以80℃左右、长度8mm左右,加入量0.15%左右,既可以保证稳定的防爆效果,也不大幅度降低浇注料的强度等物理性能; 3.金属铝粉防爆剂是通过浇注体内的碱性离子的催化作用,与水反应生成氢气。当氢气达到一定压力后,冲破浇注料实体的阻力,形成一系列微细气体通道后排除浇注体外。留下的贯通气孔通道,使水蒸气和湿分沿通道以较小阻力迁移,从而使浇注体抗爆性能提高; 4.金属铝粉的发气过程对外界条件十分敏感,对铝粉本身的性能也有很大的依赖。施工和养护温度、浇注料的酸碱性、铝粉粒度、加入量等参数决定着发气时间、发气速率和总发气量的变化,同时也决定着对浇注体的结构稳定与破坏。业已发现,方便有效的催化剂是水泥,在没有其它催化剂的情况下,不加入水泥,铝粉就不会发气;当有水泥存在时,其加入量对金属铝的发气过程影响不大。金属铝粉在浇注体中的临界量为0.06wt%左右,超过此值,防爆效果不会提高; 5.偶氮二甲酰胺防爆剂是在浇注体中与水泥分解的氢氧化钙反应,形成中间化合物,再与水反应形成碳酸钙和大量气体,使混合气体达到一定压力后,冲破浇注料实体的阻力,形成一系列微细气体通道后排除浇注体外。留下的贯通气孔通道,使水蒸气和湿分沿通道以较小阻力迁移,而不破坏浇注体的实体结构,从而使浇注体抗爆性能提高。在只加水泥的情况下,它是以吸收氢氧化钙等分解水泥水化物的方式实现发气造孔防爆作用的,因而会明显地降低浇注料的养护强度。 6.偶氮二甲酰胺的加入对防爆效果有益,但同时对浇注料性能有害,随着加入量的增加,防爆效果越来越好,浇注料性能越来越差。因此其加入量以能够满足防爆要求为限,即使在0.14-0.16wt%之间,已经有很好的防爆效果; 7.金属铝粉和偶氮对浇注料渗透性的提高是一个扩散性分布造孔模型,即在浇注体的边界上,所造气孔多,在中心区域,造出的气孔少,且随加量的增多,造孔区域越向中心逼近; 8.不同类型的防爆剂,其透气度的变化有不同的规律:防爆纤维在一定的长度、一定的加入量范围内,透气度数值随其长度的增大、加入量的提高而线性增加;而金属铝粉、偶氮则是在一个临界加入量以后的一定范围内,透气度值基本恒定。对于防爆纤维而言,其临界值为几何渗透的相变阀值,而对铝粉和偶氮而言,其临界值为反应产生气体压力与浇注料阻力的平衡点; 9.复合防爆剂中单一防爆剂的加入量均可降低到一个低的范围内,可以避免由于其加入量太大造成的对浇注料性能的降低。优化的复合防爆剂组成为防爆纤维0.10wt%、金属铝粉0.03wt%和偶氮二甲酰胺0.15wt%。


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