普通耐火搗打料的基本組成,與耐火澆注料和可塑料等材料相似,其區別是耐火粉料較多、結合劑用量較少。通常新增軟質黏土以增加料的黏塑性和燒結性。耐火骨料臨界粒徑為10mm,也有用5mm的,粗、細骨料之質量比為3:7至4:6。細骨料多些,易打結密實。 耐火搗打料粒度組成一般為耐火骨料60%~65%,耐火粉料35% ~40%,這樣可獲得較大的堆積密度,搗打後的襯體,體積密度也是較大的。
應指出,耐火搗打料在盛鋼桶工作層上應用較多,並取得一定的成效。其耐火骨料和粉料為一級或特級礬土熟料,最大粒徑10mm;新增葉蠟石粒或粉時,稱為鋁蠟石質搗打料,新增一級製磚鎂砂粉或冶金鎂砂粉時,則稱為鋁鎂質搗打料,粉料細度為小於0.09mm的佔90%以上;採用模數2.6和密度1.36g/cm3的水玻璃溶液或密度1.26g/cm3的硫酸鋁溶液作結合劑。其配合比見表1所示。
表1 盛鋼桶用搗打料的配合比(%)
實踐證明,在盛鋼桶上應用較多、效果較好的為鋁鎂質耐火搗打料,其組成也是有變化的。當鎂砂粉用量為9%~12%時,能生成足夠的鋁鎂尖晶石,具有良好的抗渣性,使用壽命較長。
耐火搗打料混練後,模仿風鎬搗打襯體的體積密度。在壓力機上製樣。試樣自然養護3d,進行烘乾並作效能檢驗。其檢驗結果,見表2。編號與表1對應。
表2 盛鋼桶用搗打料的主要效能
從表2中看出,水玻璃耐火搗打料比硫酸鋁耐火搗打料好些。在水玻璃耐火搗打料中,編號2即鋁鎂質耐火搗打料的效能,是比較好的。其抗渣性好、荷重軟化溫度和高溫耐壓強度較高,特別是1400℃燒後耐壓強度達到了 105.9mpa,但燒後線收縮較大,達到2.21%。
該料在高溫下能生成鋁鎂尖晶石,交錯生長,體積膨脹,且係耐火礦物,因此可提高其使用效能;鋁蠟石質耐火搗打料的特點是燒後呈膨脹,其值達到2.32%,使用時內襯不黏渣,所以適宜作盛鋼桶內襯,但高溫耐壓強度和荷重軟化溫度較低,則影響其使用;鋁質耐火搗打料的有關效能,介於二者之間,也能在鋼包上使用。
抗渣性是用坩堝法檢驗的。渣的化學成分為cao41.2%。sio 10.5%、.fe2o3 10.8%、 feo 18.3%、al2o3 5.34%、mno4.478%、mgo 5.3%、caf 1.36%、燒失1.52%。鹼度3.9。檢驗結果證明,鋁鎂質搗打料被渣的侵蝕和滲透均較小,且形成了較薄的緻密層,能防止渣的進一步侵透;鋁質和鋁蠟石質搗打料的抗渣性,基本相似,但與鋁鎂質搗打料相比,蝕損和滲透大2倍左右。這說明,在鋁質耐火搗打料中,新增鎂砂粉有顯著的作用。
採用表1中的編號2粉料和水玻璃,壓力成型試樣,經1600℃燒後作巖相分析。 偏光顯微鏡分析發現,形成了較多的鋁鎂尖晶石,晶粒一般為5~7μm,少數為10 ~15μm。 當新增2%的鉻鐵礦作礦化劑時,其尖晶石發育好,晶粒較粗大,一般為10~15μm,個別的約為30μm;該試樣的x-射線衍射譜線(圖1),也證明在高溫下形成了鋁鎂尖晶石, 且發育較好。
圖1 鋁鎂質搗打料的x-射線衍射譜線
耐火搗打料在電爐頂、工頻感應電爐和爐外精煉裝置等熱工裝置中,也得到了應用。其品種有磷酸高鋁質和剛玉鉻鋯質、水玻璃鋁鋯質和鎂鉻質等,一般能滿足生產工藝的要求,使用壽命也較高。
高鋁質搗打料係用al2o3為88%的礬土熟料作骨料和粉料,並新增較多的電熔剛玉粉,以提高基質效能,同時新增蘇州黏土作增塑劑;鎂鋁鉻質搗打料係用電熔鎂鉻合成料和鋁鎂尖晶石等材料配製的。
鋁鋯質搗打料係用al2o3為85%的礬土熟料作耐火骨料和粉料,新增zio2為64%的鋯英石粉和焦作泥;鎂鉻質耐火搗打料的配合比:mgo 91%的製磚鎂砂骨料和粉料分別為55%和15%,cr2o3 47%的鉻鐵礦骨料和粉料各為15%,水玻璃溶液為4%~ 5%。
高強鎂質耐火搗打料係用mgo為97%的電熔鎂砂作骨粉料。臨界粒徑為5mm,四級配料,骨粉料之比為7:3 ~ 6:4之間;磷酸鹽作結合劑,用量2% ~ 4%,外加復合金屬粉。製樣時,按照規定的體積密度,選擇成型壓力。試樣養護到期後,檢驗效能,其結果列於表3。從表中看出,該類耐火搗打料效能較好,燒後耐壓強度最高為123.2mpa,荷重軟化溫度最高達到1700℃以上,顯氣孔率最低的為13%。
表3 普通耐火搗打料的主要效能
在高鋁質搗打料中,摻加剛玉粉以提高基質品級,能提高其效能。摻加鋯英石粉的高鋁質耐火搗打料,因鋯英石中含有雜質,分解溫度由1670℃降為1540℃,並分解成zro2和sio2,在高溫下前者形成斜鋯石,後者與al2o3形成莫來石。這兩種耐火礦物,與剛玉或莫來石交錯共生,加強了組織結構,提高了強度和抗侵蝕性。
同時,由於體積效應,彌補了材料收縮,增強了抗剝落性;在高鋁質或鎂質耐火搗打料中,摻加鉻鐵礦,高溫下能生成鉻剛玉或鎂鉻尖晶石,即使不生成這兩種礦物,以剛玉和鎂砂與鉻鐵礦為骨架,填充矽酸鹽相,也能形成較好的組織結構和結合相,有利於效能的提高。但是,鉻鐵礦的用量不宜太多,否則將使耐火搗打料的荷重軟化溫度和強度降低。
圖2 鉻鐵礦用量對鎂鉻質搗打料的影響
1和2-1000℃和1600℃燒後耐壓強度;3-荷重軟化溫度開始點
試驗表明,在鎂鉻質耐火搗打料中,鉻鐵礦的用量一般不得超過30%,適宜的用量為10~ 20%,如圖2所示。這主要是鉻鐵礦帶入的雜質太多所致。同時,鉻鐵礦以骨料形式加入,基質中應加入預合成鎂鉻砂細粉,以提高燒結程度和減弱體積膨脹。為了提高鎂鉻質耐火搗打料的效能,應採用六偏磷酸鈉和磷酸酯復合結合劑,並摻加金屬鋁粉和金屬鐵粉以提高中溫強度。
圖3 鎂質搗打料磷酸鹽用量與強度的關係
1—110℃烘乾;2—1000℃燒後
圖3為鎂質搗打料磷酸鹽用量與強度的關係。從圖中看出,隨著磷酸鹽結合劑 用量的增加,烘乾和1000;燒後耐壓強度也提高,其最佳用量約為3%。
在高鋁質耐火搗打料中,還可摻加藍晶石族礦物,借助於高溫下的分解和形成莫來石, 並產生體積膨脹效應以抵消搗打料的部分體積收縮,有利於效能的提高。藍晶石族礦物的品位,對耐火搗打料的效能有較大影響,因此應以其精礦摻加,用量一般為15%~ 35%。耐火骨料和粉料用二級礬土熟料製取,骨料最大粒徑為5mm,粗、細骨料質量比為1:1,用蘇州泥作增塑劑,用比重1.38的水玻璃溶液作結合劑。該類耐火搗打料的主要效能,見表4。從表中看出,摻加藍晶石族礦物後,對耐火搗打料的強度和荷重軟化溫度,無明顯作用,燒後線變化則由線收縮轉變為線膨脹,即顯示了該類材料的膨脹劑作用。
表4 藍晶石族搗打料的主要效能
應當指出,作為膨脹劑材料,藍晶石效果最好,1400℃燒後線變化由-0.4%增加到+1.6%。
另外,還有鋁酸鹽水泥高鋁質和剛玉質耐火搗打料、方鎂石水泥鎂質耐火搗打料和磷酸或磷酸鹽耐火搗打料等,也得到了應用;為了方便使用者使用,耐火廠將耐火搗打料新增儲存劑溼混練均勻,然後裝入塑膠袋中密封,可儲存3 ~ 6個月,仍有塑性可搗打施工,其效能無明顯下降。這種搗打料,也稱為塑性耐火搗打料。
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