根據(jù)焦?fàn)t爐門工作環(huán)境與損壞機(jī)理,在研究焦?fàn)t爐門內(nèi)襯材料時(shí)一般從以下3個(gè)方案進(jìn)行考慮:1)方案1,選擇粘土-熔融石英質(zhì)材料;2)方案2,選擇輕質(zhì)隔熱材料;3)方案3,選擇堇青質(zhì)材料。這3種方案,各有優(yōu)缺點(diǎn),但從總體上看,方案1比較理想,因?yàn)榉桨?中采用隔熱材料,隔熱質(zhì)材料具有導(dǎo)熱率低,熱膨脹系數(shù)和彈性模量小,抗熱震性較好等特點(diǎn),但存在強(qiáng)度不夠高、顯氣孔率很大、焦炭及其煉焦過程的一些化學(xué)產(chǎn)物更容易滲透到襯磚內(nèi)部進(jìn)而侵蝕襯磚等缺陷和弊端。方案3中采用堇青石材料,堇青石襯磚擁有較高的強(qiáng)度、很低的導(dǎo)熱系數(shù)和良好的熱震穩(wěn)定性,其平均熱膨脹系數(shù)約為2×10-6/℃(25～1000℃),能滿足爐門襯磚的使用要求,但價(jià)格很貴,砌筑要求較高,局部損壞后更換困難。
選擇方案1的主要原因?yàn)?1)方案1中主要材料以粘土質(zhì)為主,粘土質(zhì)材料具有價(jià)格低廉、強(qiáng)度高,同時(shí)可制造成型模塊或整體澆注,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,實(shí)際使用起來比較方便;2)粘土質(zhì)材料雖然具有熱膨脹系數(shù)和彈性模量大、抗熱震性不好、導(dǎo)熱系數(shù)大、保溫性能差等缺點(diǎn),但是通過在粘土質(zhì)中引入熱膨脹系數(shù)極低的熔融石英,可利用材料整體熱膨脹系數(shù)降低和微裂紋增韌的雙重作用,可顯著地提高粘土質(zhì)內(nèi)襯的抗熱震性;由于熔融石英體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)均低于粘土,將熔融石英引入傳統(tǒng)粘土磚中,可降低襯磚的質(zhì)量和導(dǎo)熱系數(shù),以滿足焦?fàn)t爐門的使用性能。
在耐火材料中引入低熱膨脹系數(shù)的第二相,利用耐火材料中顆粒與基質(zhì)相熱膨脹系數(shù)不一致的特性,使制品內(nèi)產(chǎn)生微裂紋或微氣孔,可顯著提高耐火材料的抗熱震性。熔融石英熱膨脹系數(shù)約2×10-6/℃,遠(yuǎn)小于粘土熟料的莫來石及方石英的熱膨脹系數(shù)。如果選擇以顆粒狀的熔融石英引入到粘土質(zhì)澆注料中取代相同粒度的粘土顆粒,從而澆注料的整體粒度分布不變。為了降低基質(zhì)中雜質(zhì)含量,盡量抑制熔融石英向方石英轉(zhuǎn)變,在試驗(yàn)中選擇以純鋁酸鈣水泥而非礬土水泥為結(jié)合劑,體系定位于低水泥澆注料體系,通過改變?nèi)廴谑⒑?進(jìn)行相關(guān)性能指標(biāo)的對(duì)比分析,試驗(yàn)所用主要原料的化學(xué)組成如表1,熔融石英加入量試驗(yàn)方案如表2

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