采用不同骨料以及水硬性水泥及化学结合剂调整的耐热浇注料作热工窑炉内衬时具有下列优点:
-因为该材料具有较高的强度性能、较高的对侵蚀性介质的抵抗性、以及砌体的砌缝数量少,故内衬的使用寿命延长;
-由于在100~200℃时浇注料组织结构的气孔率增加,故干燥过程简便;
-由于用水玻璃及磷酸盐结合剂调制的耐热浇注料的粘附性能较高,故窑炉的检修时间缩短;
-由于强度快速提高及采用快速烘炉制度,使窑炉的投产时间加快。
开发的耐热浇注料配方被应用于机械制造业的热工窑炉中,也用于检修砖砌炉衬和整体炉衬。
耐热浇注料用于制造预制构件和整体结构。在国民经济中耐热浇注料合理应用实例如下:锻造的煤气加热炉、在工具钢化学热处理工艺中用的氯化钠、钾及钡的盐浴炉、渗碳用热处理炉;轴承工业中轧材加热线的感应装置。
感应装置内衬
轴承厂锻压车间内采用自动生产线对圆钢棒进行加热及轧制环形坯。利用大型感应装置对圆钢进行加热。该感应装置系为带有圆孔的方向柱状物。感应装置块件的最大尺寸为:长1000mm,截面400mm×400mm。其中有冷却水循环的管状铜线圈,它有耐高温电气绝缘材料浇铸而成。绝缘材料表面的最大温度为1300℃。
以前感应装置的块件系采用粘土熟料质陶瓷泥料制造,并随后进行烧成。由于粘土熟料的抗热震性低,其使用寿命不长。因此,选择了抗热震性高的耐热浇注料用结合剂进行了研究。
在感应装置内衬知道工段安装有耐热浇注料原料贮存槽、配料料槽、强制式浇注料混合机、颚式破碎机、振动筛、烘干室及振动台。利用汽车将耐热浇注料的各种原料运送至内衬制造工段。该原料包括:粘土熟料骨料,装在自卸式料箱中的细粉,装在封闭容器内的硅氟酸钠(40kg),状在容积为5m3槽车中的水玻璃。
耐热浇注料的各种干组份从料槽出来后经过配料机送入浇注料混合机中,预混1~2min,然后向运转中的混合机内注入水玻璃,并继续混合2~3min,直至取得均匀的混合物为止。将制备好的浇注料混合物倒入桶内,利用轿式吊车将其送到费内衬拆除工段。该工段也位于制造工段厂区内。拆除感应装置后(拆下限圈,并对其进行检修),将浇注料衬残余物进行破碎,用于制取耐热浇注料用骨料。这样,轴承厂推广用耐热浇注料制造感应装置块件而无废料的生产工艺。内衬的平均热震性超过25次(水冷)。
感应装置块件内衬制造工段装备有混合机、振动台,其生产能力为每小时7~8个小时。该工段只有2名工人操作。报废的内衬拆除设备的生产能力为每小时拆除4个感装置,由于采用已经用过的浇注料作骨料,感应装置的造价显著降低。降低感应装置内衬的体积密度是降低圆钢钢头热损失和减少金属金属切头的有有效方法。
煤气加热炉炉底
在机械制造公司企业的锻压车间内采用煤气加热炉来加热钢坯。在此类炉子中最多6个月其炉底就会报废。采用镁铬质耐火材料砌筑时,加热炉炉底存在许多砖缝,形成的氧化铁皮会落入这些缝隙中。炉内的平均工作温度为1150~1200℃。
在个别情况下,炉底表面的温度可能升高至1300℃。沿着炉子的高度方向,温度的波动范围为1300~1400℃,炉底表面经受氧化铁皮的摩擦作用,以及局部形成的Fe2O3和FeO的物理化学作用。炉底内衬曾采用抗氧化铁皮侵蚀的用水玻璃调制的耐热浇注料的制造,经过3昼夜在空气中干燥冷凝后,其强度为15~20MPa,加热至800℃之后,其强度为15~20MPa,加热至800℃之后,其强度为20MPa。为了提供物理热性能指标,在此种耐热浇注料的配料组成中作为传统冷凝剂硅氟酸钠被含有铝酸钙的细粉所取代。此类材料包括矾土水泥及某些含铝的料浆,特别是脱水和烘干后的铝酸钙料浆。在浇注料的总的配料组成中Al2O3的配入量增大,可提高耐火材料的初期电阻,它是决定耐火材料使用寿命的主要因素。
浇注料混合物的制备方法采取与轴承厂制备混合物相同的方法。采用整体性浇注料铸造炉底时,制备了大量的混合物,因为所采用的浇注料混合机的容量为250升。从浇注料混合机中将浇注料混合物卸入小车中,后者沿着轨道被推送至桥式吊车作业地点,并利用轿式吊车将浇注料混合物送到浇灌地点。
浇注料混合物的制备和向浇注地点提升及运输的时间为20min。没有发现凝固的现象。浇注料混合物按次序进行浇灌;首先浇灌炉底的周边,然后浇灌其中心部位。在煤气加热炉内炉底上设置木模板,由块状耐火材料砌筑的炉墙用作外部模板。为了形成膨胀缝,放入厚度为3~5mm的胶合板。当炉子投入生产时,胶合板被烧掉。整体炉底的厚度为115mm。
当浇注料的强度达到10MPa时,开始烘烤炉底。头两昼夜温度保持为100~150℃,然后历时36h将煤气加热炉调节到工作状态上。由整体浇注料筑造的煤气加热炉炉底使用2年以上之后(几乎到大修期)的结果表明,浇注料内衬还可以可靠地使用更长的时间,而且不需要维修。
为了对加热炉进行小修和中修(主要是局部或全部更换炉底),工厂设计室设计了由耐热浇注料制造的炉底板。为了加速炉底内衬的制造,提出了砌块方案,该砌块为几种不同尺寸的板状砌块。炉底板的最大尺寸为400mm×400mm×115mm。采用立式成型法在金属模中制造板状砌块。经过1昼夜凝固后,将制品脱模。在电热干燥器中对板状砌块进行烘烤,温度为120~150℃。历时8~9h。
这样,为了对炉底进行小修和中修,总是贮存一定数量的板状砌块。
在预先由硅藻土粉制造的细粉上面用干法砌筑炉底用板状砌块。为了保护炉底的严密性。各板状砌块间的缝隙内填入石棉绳,该绳用耐热胶泥浸渍。
检修后炉底的干燥和第一次烘烤用设在炉内的煤气烧嘴进行。历时36h将炉子调节到工作状态上。应当指出,在进行干燥和第一次烘炉时,曾出现温度过高过快的现象。但是在停炉检修炉底内衬时,并未发现裂纹。在机械制造业的许多工厂内采用耐热浇注料砌筑的炉底内衬的煤气加热炉不经检修可以使用2年以上。
盐浴炉
利用含硅氟酸钠的水玻璃、铝铬质细粉和粘土熟料骨料制备的耐热浇注料被用于作牌号为C-100的盐浴炉的内衬。盐浴炉的工作条件极为恶劣,历时30~35min将该炉调节到工作状态上,内衬壁的温度达1000~1100℃。此外,内衬经受着盐的氯化物(NaCl;KCl或BaCl2)熔体的强烈的化学作用,以及温度的升降波动。
在轴承厂采用下列成分的耐热浇注料混合物(按质量%计算)来浇灌盐浴炉的内衬:
—硅氟酸钠 1.6%
—由牌号为NM-2201的用后报废的催化剂制造的铝铬细粉 18.2%
—粘土熟料骨料
细骨料 34.4%
粗骨料 29.7%
—水玻璃(密度1.33~1.36g·cm-3)16.1%
盐浴炉内衬由两层组成:隔热层和工作层,后者与侵蚀性熔体接触并经受热作用。图2中示出盐浴炉结构示意图。
为了采用耐热浇注料来筑造盐浴炉内衬,该工段为感应装置块件组装流水作业线的一部分。它由下列干原料料槽组成:粗的粘土熟料骨料(粒度5~10)及细的粘土熟料骨料(粒度0.14~5);耐火材料细粉(粘土熟料细粉或用后报废的牌号为NH-2201的铝铬催化剂细粉);化学凝固剂(硅氟酸钠Na2SiF6);水玻璃贮槽(在此将水玻璃稀释到要求的密度);浇注料混合机,利用斗式提升机将干的混合物送入混合机中。采用离心泵配送水玻璃,其数量由计量装置控制。新制备的浇注料混合物送入预先准备好的盐浴炉内衬的模板内,先采用深部振动机进行振动,然后采用表面振动进行振动,使其致密。浇注料内衬凝固后进行烘干,将盐浴炉和其壳一起运送到车间内的操作地点。也可以采用整体耐热浇注料内衬的方案,在操作现场向盐浴炉模板内浇灌该浇注料。
研究结果表明,为了制备浇注料,骨料的水分应不大于2%~5%,后者偏高时会引起水玻璃密度下降,因而导致抗折强度和耐压强度下降,而且还影响抗热震性。化学凝固剂硅氟酸钠的水分不应超过5%~6%。水分过高时会使浇注料的抗热震性下降20%~25%。
新型耐热浇注料作为内衬材料的工业试验及推广应用的结果表明,其效果挺好。采用抗盐侵蚀的整体性耐热浇注料做盐浴炉工作内衬,可使此类热工窑炉的两次检修之间的使用寿命提高7~9倍。
盐浴炉内衬使用寿命的提高,主要原因是整体内衬中没有砌缝,而且其抗热震性及抗化学侵蚀性(抗盐侵蚀性)均有所提高。众所周知,用水玻璃调制的浇注料具有较高的抗酸侵蚀性。