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耐火材料行业知识

高铝质耐磨可塑料性能受氧化铝粒度的影响

氧化铝微粉因具有分散性好、促烧结、增强力学性能等特点而被广泛应用于耐火材料中。氧化铝微粉粒度的差异可以导致微粉表面积、热力学特性等发生巨大变化,而这些性能的改变对高铝质耐磨可塑料的性能有所影响。以含3种不同粒度的氧化铝微粉为例,探讨了不同粒度的氧化铝微粉对高铝质耐磨可塑料性能的影响。
循环流化床锅炉(CFB)作为一种主要的“清洁燃烧”装置在新建或改建火(热)电厂工程中得到广泛应用,并带动了CFB锅炉配套用耐火材料的不断完善和发展。CFB锅炉内衬结构复杂,燃烧室内存在大量高浓度、高速循环的煤颗粒及烟气,这就要求CFB锅炉内衬耐火材料不仅要具有良好的施工性能,而且要具有高强度及良好的耐磨性能。高铝质耐磨可塑料主要用于CFB锅炉中内衬结构较复杂、无法立模浇注,但可以采用预制或手工捣打、涂抹的部位,如水冷壁、一次返料区和旋风分离器等部位。高铝质耐磨可塑料一般是由骨料、粉料、结合剂及促凝剂按照一定比例混练,具有一定黏性和塑性的耐火材料。高铝质耐磨可塑料中氧化铝微粉的选择对可塑料施工性能以及CFB循环硫化床锅炉的使用寿命具有重要影响。因此,在本文中分析了3种不同氧化铝微粉对烧后可塑料力学性能和耐磨性的影响。
1试验过程
1.1试验原料
试验采用特级矾土、铝微粉、黏土、SiO₂微粉为主要原料,磷酸二氢铝为结合剂,辅以促硬剂制备耐磨可塑料。
1.2制备及检测
分别用3种不同粒度的氧化铝微粉A、B、C进行试验。
按照相关标准(GB/T3001—2017、GB/T5072—2008、GB/T18301—2012)对烘干和热处理后试样的常温抗折强度、常温耐压强度、耐磨性能进行检测。用SEM观察900和1100℃热处理后试样的断口形貌。
2结果与讨论
2.1不同氧化铝微粉在不同热处理温度下对强度的影响
图2所示为不同处理温度对含3种氧化铝微粉耐磨可塑料抗折耐压强度的影响。从图中可以看出,3种试样的常温抗折耐压强度随热处理温度的升高而增加,但3种试样分别在不同处理温度下的抗折耐压强度变化不太一样,110℃烘干后3种试样抗折耐压强度基本一致,经过900℃热处理温度后,2#试样的强度要偏高一些,其次是1#试样、3#试样。但经过1100℃热处理后,细度较小的1#试样强度依次大于2#、3#试样。这是由于微粉粒度小到一定程度,受颗粒间团聚的阻力,影响填充效果,未烧结前强度不会再增加,1000℃以上后会有烧结趋势,这时微粉粒度越小,活性越大,强度就会提高。
2.2不同氧化铝微粉在900℃下对耐磨性能的影响
3种试样经过900℃热处理后,不管常温耐磨性能还是高温耐磨性能,均呈现2#>1#>3#,分析认为:900℃的热处理温度下,样块未烧结,此时的耐磨性能主要取决于骨料与基质的结合强度。
从图3看出:900℃下没有形成液相,3种试样结合强度主要靠铝酸盐水化、铝微粉和硅微粉填充,以及磷酸二氢铝聚合反应。此时铝微粉粒度对试样强度有一定影响,随着粒度降低,填充作用越明显,但可塑料不同于浇注料,如果铝微粉粒度过细,易造成团聚和阻力,影响填充效果,气孔率相应增加,进而强度有所降低。
从图4电镜照片看,1100℃条件下,氧化铝微粉和液相SiO₂尚未形成莫来石相,1#试样内部基质开始熔融,包裹覆盖铝矾土和铝微粉微粒,液相的形成随之增加了气孔率。2#试样与1#试样相比,液相量略少,表现在微粒裸露略多,气孔略小、偏少。试样整体与1#试样非常接近。硅微粉和粘土熔融液相与其他组分产生浸润连接,骨料和基质结合紧密,增强了试样烧结强度。3#试样内部处在液相形成的初期,液相少,物料排列致密,气孔率低。由此可见,3种试样,在其他组分不变的情况下,铝微粉越细有助于硅微粉在低温下产生液相。3#试样粒度较大,则液相形成的温度相应提高。
3结论
(1)高铝质耐磨可塑料在900℃时尚未出现液相,结合强度主要依靠SiO2微粉胶凝、结合剂水化获得,随着氧化铝微粉粒度降低,一方面自身团聚现象明显,另一方面各料组分间摩擦力增加,影响填充效果,导致气孔率增大、强度降低。
(2)氧化铝微粉粒度越小,活性越高,在1000℃以上可降低液相出现温度,促进基质烧结,提高强度和耐磨性。
(3)在高铝质耐磨可塑料中,选择合适粒度的氧化铝微粉,可保证良好的施工性和物理强度,并具有良好性价比。


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