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不定形耐火材料作业性能测定设备新技术

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发布时间:2010-07-01 浏览量:2157
    近几年来,随着钢铁等高温工业的快速发展,耐火材料行业进步很快。尤其是不定形耐火材料,由于其具有工艺简单、施工方便、整体性能好、节能降耗等优点,越来越得到用户的广泛关注和认可。
    目前,我国不定形耐火材料的产量已达到耐火材料总产量的1/3以上,与不定形耐火材料相关的新技术、新工艺和新方法也不断涌现。这些新的技术、工艺和方法也促进了不定形耐火材料检测方法的更新和完善。 
    作业性能测定设备的特点
    流动性测定:流动性是耐火浇注料的一项重要指标,它决定了浇注料施工的难易程度。一般常用流动值(包括自流值和振动流动值)来反映浇注料(包括自流浇注料和振动浇注料)的流动性。但自流值和振动流动值都只能反映流动性的一个方面,无法全面反映浇注料的流动性。且具有相同自流值的两种自流浇注料,其流动速度有较大差异。因此,用流动程度和流动速度这两个指标能更全面地反映浇注料的流动性。
    由于目前的测试方法无法全面反映浇注料的流动性,“L”型流动性测试装置被研制出来测量自流浇注料的流动程度和流动速度。试验时,先在测试装置左侧的长方体空间内填充一定量的自流浇注料,然后按下挡板上升开关。挡板升起后,自流浇注料在自重作用下自动塌下,并沿水平方向流动。记录自流浇注料流经30 厘米距离所需的时间来表征浇注料的流动速度,记录自流浇注料的最终流动距离来表征浇注料的流动程度。
    可塑性测定:可塑料的可塑性是其适应现场施工的一个重要指标。根据施工方法的不同,要求可塑料具有不同的可塑性。目前,常用可塑性指数即成型后的试样受冲击而产生的可塑变形的程度来衡量可塑性的大小,但用可塑性指数衡量可塑性存在局限性。对于较软的可塑料,可塑性指数可以很好地被检测出来。但对于较硬的可塑料或捣打料,则无法检测出可塑性指数。
    马夏值的测量原理是:泥料从模型孔挤出时会产生瞬态力值变化,其较大力值与模孔截面之比即为马夏值。马夏值与可塑性指数有较好的相关性,可以用于衡量耐火可塑料的可塑性。马夏值测定法的检测范围更宽,可测定从橡皮锤人工捣打到风镐机械捣打等施工方式可塑料的可塑性。因此,可以用马夏值测定仪来进行可塑料作业性能的测定,并用马夏值来衡量可塑料的可塑性。
    水泥结合浇注料硬化时间测定:目前,耐火浇注料硬化时间的测定常用流动值衰减或针入度计测定浇注料的稠度变化来衡量浇注料的初凝时间。但这些方法检测数据不连续,容易受人为因素的影响。
    纯铝酸钙水泥结合的不定形耐火材料的流变学性能和硬化性能,与作为结合系统的铝酸盐水泥的水化特性是密切相关的。铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料在养护过程中坯体的硬化,是由铝酸盐水泥水化产物的成核沉淀而形成胶体结构的结果。水泥水化的过程是一个放热过程,因此,放热峰值出现的早晚不仅反映了水泥水化进程的速度,而且也反映了坯体在养护过程中硬化而产生强度的快慢。水泥水化过程分为两个阶段:一是可以流动阶段,也称为可工作时间,此阶段流动性逐渐衰减至初步凝结;二是硬化和强度发展阶段。
    在实际测定过程中,将搅拌好的浇注料放置于密闭的容器中,通过热电偶和温度数据自动采集记录仪来测定铝酸盐水泥结合的浇注料在养护过程中放热峰值出现的时间,并将其作为浇注料安全、经济的脱模时间。
    各种流变性测定设备的特点
    浇注料全组分流变仪:浇注料全组分流变仪可以对浇注料进行流变性能的测试,克服了以往只能用浆体流变仪进行基质浆体流变性能测试的缺陷,能够真实反映浇注料的实际流变行为。国内某公司生产的浇注料全组分流变仪设备的测试内容包括:通过搅拌过程中浇注料所绘扭矩-转速曲线确定流体类型,通过扭矩-转速曲线上下行线的面积确定浇注料的触变性大小和类型(正触变和反触变),通过扭矩-转速曲线的下行线确定流变参数,如相对平均黏度(下行线的扭矩与转速比值的平均值),拟合的Bingham流体(宾汉流体)的相对塑性黏度和相对屈服应力(取下行线按宾汉姆模型进行线性拟合之后所得直线的斜率为相对塑性黏度,其截距为相对屈服应力)等。
    通过试验可以得出,随α-Al2O3微粉加入量的增加,刚玉质自流浇注料(无硅灰)相对屈服应力减小,相对塑性黏度变化不大,相对平均黏度逐渐减小,自流值变化不明显,但流动速度明显加快。此外,刚玉质自流浇注料(无硅灰)的自流值和相对屈服应力有较好的相关性,而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性。
    新型浆体流变仪:耐材行业常用的浆体流变仪为同轴圆筒式流变仪,一般用于对流动性较好的原料或基质浆体进行流变性能测试,测试模式一般为剪切速率控制模式。这种模式仅能测出材料的剪切应力-剪切应力曲线或表观黏度-剪切应力曲线,且对材料的屈服应力只能采用拟合的流变模型通过外推法求得,并不能真实反映浆体的屈服应力。
    国外某公司开发的一种软固体流变仪,其测试模式分为控制应变模式和控制应力模式。其中控制应力模式在流变性测试过程中,通过逐渐增加剪切应力直接使材料发生应变,直接测定出材料的屈服应力。该流变仪还采用了特殊的桨式转子,适用于测量膏状物体、胶体和那些固体悬浮物会从标准转子的测量表面漂移的液体。该流变仪设备亦可配合同轴圆柱体转子使用。对于不流动的耐火涂抹料等材料,也可采用升降支架的方式来进行流变性能尤其是表观黏度的测定。
    动电特性和应用性能的测定设备
    不定形耐火材料的分散、絮凝和硬化特性与浇注料的动电特性尤其是Zeta电位(又叫电动电位,指剪切面的电位)的变化密切相关。以前Zeta电位一般采用电泳仪来进行测量,由于测量原理为电泳观测法,只能适用于低固含量和单一物料的浆体测定,而且误差较大。国外某公司利用电声学测量技术,开发了新型Zeta电位仪,可对高固含量(体积分数最高达60%)的浆体和混合物浆体进行Zeta电位的快速测定。测试内容包括Zeta电位随pH值变化及等电点的测定,浓度滴定试验,快速确定较佳分散剂用量以及pH值和电导率的测定等。将该电位仪和浆体流变仪配合使用,可以对浇注料分散剂进行优化选择,并分析其分散作用机制。
    通过试验分析得出:无机盐类分散剂以静电稳定作用为主,Zeta电位绝对值提高较大;高分子聚合物类分散剂以空间位阻作用为主,对Zeta电位影响较小;聚电解质类分散剂以静电位阻(静电稳定结合空间位阻)作用为主,其对Zeta电位的影响大小介于无机盐类和高分子聚合物类分散剂之间。
    对于存在介质冲刷和磨损的耐火衬体部位,耐磨性是一项重要指标。目前常用的是常温耐磨性测试,无法真实反映高温下材料的耐磨性能。国内某厂家针对此现状,开发了高温耐磨性试验机,用于测定高温(最高可达1500℃)下耐火材料的耐磨性。采用此设备对高铝质浇注料和焦宝石质浇注料进行了高温耐磨性测试,测试温度为常温至1200℃。从测试结果可以看出,在试验温度范围内,随温度升高,两种浇注料的高温耐磨性都随之下降。
    不定形耐火材料作为耐火材料的重要分支,具有诸多优点,在各种工业窑炉上的应用越来越广泛。因此,对不定形耐火材料基础理论和相关新技术和新装备的研究越来越深入。不定形耐火材料的检测技术作为了解和掌握不定形耐火材料性能的关键手段,今后应进一步加强自主研发和制造,提高设备水平,从而推进我国不定形耐火材料产品质量和性能再上一个新台阶。
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