摘要:耐火澆注料的爆裂通常被認(rèn)為是蒸汽壓力導(dǎo)致的,而根本因素卻在熱應(yīng)力的層面做為耐火澆注料生產(chǎn)廠家鄭州駒達(dá)耐材對此進(jìn)行了分析并提出防爆措施。
耐火澆注料(鄭州駒達(dá)耐材)采用了微粉和高效分散劑技術(shù),致密度大大提高,而透氣度很低,從而降低了澆注料的防爆裂性能,即在烘烤或初次使用過程中可能會突然發(fā)生表面剝落或炸裂成若干碎塊。
影響澆注料爆裂的因素較多,如加水量、透氣性、坯體的殘存水分、強(qiáng)度、升溫制度、構(gòu)件結(jié)構(gòu)等。有關(guān)澆注料爆裂的研究也多是圍繞這幾方面展開的,研究發(fā)現(xiàn),快速烘烤或初次使用過程中澆注料內(nèi)部水分蒸汽形成的水蒸氣是澆注料爆裂的直接原因,而澆注料在烘烤或初次使用過程中因承受熱沖擊而產(chǎn)生的熱應(yīng)力則為重要的間接原因與推動力。
一:蒸汽壓力導(dǎo)致爆裂的原因
關(guān)于蒸汽壓力導(dǎo)致耐火澆注料爆裂的要點(diǎn)是,澆注料中的水分在高溫下蒸發(fā),如果澆注料透氣性差或加熱速率過快,產(chǎn)生的蒸汽無法及時排除而在澆注料內(nèi)部聚集形成高壓蒸汽當(dāng)蒸汽壓力超過澆注料的極限強(qiáng)度時,澆注料將發(fā)生爆裂。影響水蒸氣壓力致爆的主要影響因素有水蒸氣壓力、水(氣)排除方式、以及澆注料坯體的強(qiáng)度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和透氣度。
從微觀方面分析指出:氣孔中水蒸氣的流動為渦流而非層流,在此我們對低水泥澆注料和超低水泥澆注料在脫水后進(jìn)行了分析指出,隨著水泥含量減少,澆注料中水泥水化產(chǎn)物的分解溫度從300℃降至200℃,低水泥澆注料在200℃吸熱明顯,超低水泥澆注料則無明顯吸熱,指出升溫速率及水泥初始水化條件對澆注料烘烤安全起決定作用。經(jīng)過采用灰色分析系統(tǒng)對澆注料的氣孔參數(shù)與澆注料的熱導(dǎo)率、強(qiáng)度及其透氣度等性能之間的關(guān)系做了研究指出100μm以下的孔徑對澆注料的強(qiáng)度影響顯著,且氣孔參數(shù)與強(qiáng)度間的關(guān)聯(lián)度隨熱處理溫度不斷變化。
二:熱應(yīng)力導(dǎo)致的爆裂
另外在如何提高澆注料的抗爆裂性上,很多人認(rèn)為澆注料的爆裂原因就是蒸汽壓力大,而在提高抗爆裂性的工作上則主要研究了提高澆注料的透氣度,不定型耐火澆注料的結(jié)構(gòu)和低溫性質(zhì)的混凝土非常相似。經(jīng)過測試混凝土大料塊在單面快速加熱過程中的內(nèi)部蒸汽壓力最大值小于4MPa。爆裂時蒸汽壓力為2.1MPa。而測得澆注料加熱時的最大蒸汽壓力小于2.5MPa。熱應(yīng)力破壞很少被看做是澆注料爆裂的成因,但它在涂層及與澆注料相似的混凝土的爆裂中應(yīng)用較多且成功。即遍使用了幾十年的混凝土(水分含量已經(jīng)很低),在突遇高溫時也有爆裂現(xiàn)象發(fā)生。耐火澆注料也一樣。在經(jīng)過快速升溫過程中,材料一方面經(jīng)受水分快速蒸發(fā)而形成的蒸氣壓力,同時也承受著熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力。熱應(yīng)力至爆裂機(jī)制認(rèn)為,在快速加熱過程中,材料表面溫度高,內(nèi)部溫度低,表面的熱膨脹受到內(nèi)部的約束而產(chǎn)生高的熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂紋的形成,這是高溫爆裂產(chǎn)生的本質(zhì)因素。而蒸汽壓力只是作為爆裂的“觸發(fā)”因素并不能起到擴(kuò)展裂紋的作用。
目前對耐火澆注料高溫爆裂的數(shù)據(jù)值計(jì)算還是存在較大的困難。首先,耐火澆注料本身是一復(fù)雜的非均質(zhì)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,其所產(chǎn)生的熱應(yīng)力較難測試計(jì)算,因此該理論在試驗(yàn)上缺乏可操作性:另外在變化的高溫環(huán)境下如何準(zhǔn)確地檢測出澆注料所產(chǎn)生的的熱應(yīng)力就更為困難了。目前,熱應(yīng)力主要應(yīng)用在定型耐火制品上,而在耐火澆注料爆裂放款主要是進(jìn)行簡單的熱分析。
三:總結(jié)
雖然耐火澆注料抗爆裂工作一直在不斷的研究分析中,抗爆裂纖維、抗爆裂助劑等方面也已取得相當(dāng)成就,但目前來說還存在較大的局限:
(1)對耐火澆注料爆裂機(jī)制的研究大都仍停留在比較宏觀的層面,微觀方面的較少
(2)對爆裂原因的認(rèn)識不太清晰,雖認(rèn)識到水蒸氣壓力為致爆裂的主要原因,但對其作用形式?jīng)]有進(jìn)行更深入的研究。
耐火澆注料受熱爆裂與其內(nèi)部蒸汽壓力及受熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力有關(guān)。關(guān)于澆注料中蒸汽壓力在整個烘烤過程中的變化、蒸汽壓力的作用形式、蒸汽壓力與爆裂的關(guān)聯(lián)性還需滲入性探討。