普通粘土耐火澆注料在均熱爐和加熱爐等火焰爐中,獲得廣泛的應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。軋鋼加熱爐的使用壽命一般為3~10年,鍛鋼實(shí)式加熱爐的壽命約為2年,單側(cè)上燒嘴均熱爐的使用壽命一般為3~6年。
一、強(qiáng)度變化
黏土耐火澆注料在加熱過程中,發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。這些微觀上的變化,在宏觀上就是其強(qiáng)度變化特征(見下圖)從圖中看出,隨著加熱溫度的不斷升高,其耐壓強(qiáng)度也增大,特別是在800~1000℃時,強(qiáng)度由10MPa左右驟然增到31MPa以上,隨后強(qiáng)度增大較少。
黏土耐火澆注料的基質(zhì)材料在加熱過程中的物理化學(xué)變化、相組成和組織結(jié)構(gòu)等,決定了該材料的特征。在基質(zhì)材料中、水泥促凝劑賦予澆注料以常溫和低溫性能,高鋁粉料起填充空隙的作用。在高溫下兩種料的活性AL2O3參與反應(yīng)。粘土結(jié)合劑則始終起作用。眾所周知,結(jié)合黏土的主要礦物為高嶺石,一般來說,自由水在低溫時逐漸脫除,而結(jié)合水在450~600℃時,急劇脫除,因此產(chǎn)生一個較大的吸熱效應(yīng):在圖中,900~1050℃和1150~1300℃時,分別有一個較大的和較小的放熱峰,這是高嶺石高溫分解后再結(jié)晶而引起的放熱效應(yīng)。
在加熱過程中,黏土中的高嶺石將發(fā)生結(jié)合水脫除、晶型轉(zhuǎn)變和二次莫來石化等反應(yīng),其化學(xué)反應(yīng)式如下:
400~600℃
AL2O3·2SiO2·2H2O → AL2O3·2SiO2+2H2O
高嶺石結(jié)合水分解失掉,使?jié)沧⒘系目障对黾印M瑫r,生成非晶型偏高嶺石(AL2O3·2SiO2),并發(fā)生較大的吸熱反應(yīng)。在800℃之前,鋁酸鹽水泥促凝劑也發(fā)生一些相變化。因此黏土耐火澆注料燒后耐壓強(qiáng)度與烘干耐壓強(qiáng)度相比,增加叫少這是由于加熱干固所致。當(dāng)溫度升高時,由于液相的出現(xiàn),黏土耐火澆注料開始燒結(jié)。
總之,黏土耐火澆注料因有結(jié)合黏土的存在,在分散劑和促凝劑的作用下,基本上獲得了施工性能、常溫和低溫時的強(qiáng)度:從800℃開始,基質(zhì)中出現(xiàn)液相。隨著溫度的升高,液相量增加,并發(fā)生一系列的化學(xué)變化,生成莫來石等新相,因此燒后強(qiáng)度急劇增大:到1400℃左右,各種化學(xué)反應(yīng)基本結(jié)束,強(qiáng)度也趨于平穩(wěn)。同時,由于基質(zhì)中形成大量的針狀莫來石,因此粘土耐火澆注料的其它高溫性能也是十分優(yōu)良的。