高溫隧道窯窯車下部出現(xiàn)因溫度過高而損壞的現(xiàn)象，因此提出在窯車中采用高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料代替高鋁磚來降低窯車下部溫度。針對高溫窯車的使用條件，研制出高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料，并在窯車中進(jìn)行使用，使窯車下部溫度下降到100℃以下，效果良好，延長了高溫隧道窯車的作業(yè)周期，大幅度提高了窯車的使用壽命。
高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料性能指標(biāo)確定依據(jù)高溫隧道窯車經(jīng)分析中心部位使用溫度在1200℃，使用中其窯車臺面上碼磚數(shù)量8噸以上。根據(jù)這一使用條件，高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料性能指標(biāo)的確定，主要從物理指導(dǎo)和導(dǎo)熱系數(shù)兩方面考慮。在澆注料的研制過程中，以這兩點(diǎn)為重點(diǎn)進(jìn)行配比的調(diào)整。
物理指標(biāo)確定依據(jù)高溫窯車的尺寸為3×3m，考慮在窯車上最下層用高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料替換高鋁磚，原窯車砌筑方式及新設(shè)計砌筑方式示意圖見圖1。原窯車下部采用高鋁磚、上部采用鎂鉻磚砌筑。改造后的窯車下部采用高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料、中部采用高鋁磚、上部采用鎂鉻磚砌筑。高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料替換高鋁磚，絕熱性能提高，有利于降低窯車下部溫度。根據(jù)高溫窯車的工作條件，高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料物理指標(biāo)包括耐壓強(qiáng)度、體積密度和線變化率。通過以前使用輕質(zhì)澆注料要求指標(biāo)、使用效果分析及理論計算，擬設(shè)計高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的性能指標(biāo)見表1。
圖1 窯車砌筑圖對比示意圖
確定耐壓強(qiáng)度≥20MPa(110×24℃)，體積密度≤1.35g/cm3，線變化率+0.3~-0.3%。這三項(xiàng)指標(biāo)的確定能夠解決使用中塌陷和裂紋的現(xiàn)象。
表1 高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的性能指標(biāo)
導(dǎo)熱系數(shù)的高低是澆注料使用效果能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵。開展實(shí)驗(yàn)工作前，我們對原有輕質(zhì)澆注料實(shí)測導(dǎo)熱系數(shù)及使用情況進(jìn)行了分析，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)要求見表2。
要求輕質(zhì)澆注料的工作溫度為1200℃，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.400W/M·K(1000℃)時，窯車下部溫度下降到100℃以下。
表2 澆注料性能指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)過程選用多孔粘土熟料、頁巖陶粒、珍珠巖和SiO2超細(xì)粉等為原料，礬土水泥為結(jié)合劑，減水劑選用三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉及有機(jī)結(jié)合劑等。通過多組配比，進(jìn)行對比試驗(yàn)，分別檢驗(yàn)澆注料的加水量、施工性能，以及不同溫度下的耐壓強(qiáng)度、體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)，通過對比確定出最佳方案。
結(jié)果與分析影響澆注料強(qiáng)度因素分析
作為窯車用輕質(zhì)澆注料，熱狀態(tài)下要承受磚坯的壓力。如果強(qiáng)度低，使用過程中必然產(chǎn)生塌陷現(xiàn)象，導(dǎo)熱窯車臺面不平。因此要求窯車用耐材必須有足夠的強(qiáng)度。影響強(qiáng)度的因素很多，輕質(zhì)澆注料的強(qiáng)度與所用原料、基質(zhì)組成和添加劑等因素有直接的關(guān)系。
A：輕質(zhì)骨料對強(qiáng)度的影響
眾所周知，1200℃使用的澆注料，有多種輕質(zhì)原料可供選擇。多孔輕質(zhì)粘土熟料、頁巖陶粒、珍珠巖等。根據(jù)以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們選擇三種原料搭配使用，在體積密度相同的條件下，分析骨料和加水量對強(qiáng)度的影響。這3種原料的理化指標(biāo)見表3，配比見表4，干燥和燒后強(qiáng)度對比指標(biāo)見圖2。
從表4和圖2可以看出，三種輕質(zhì)骨料對比，陶粒1比較好，加水量小，干燥和燒后強(qiáng)度高。因此，我們確定選用頁巖陶粒1作為高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的骨料。
表3 原料的理化指標(biāo)
圖2 性能指標(biāo)對比
B：超溫粉對強(qiáng)度的影響
在確定澆注料的骨料采用頁巖陶粒1以后，我們在加入細(xì)粉和水泥后，又進(jìn)行了SiO2超微粉添加量的試驗(yàn)。隨SiO2超微粉添加量的增加，強(qiáng)度有所提高，但體積密度也隨之增加。根據(jù)使用要求我們選擇一個適宜的加入量3a~4a%。圖3為超微粉加入量對耐壓強(qiáng)度影響曲線。
C：添加劑對澆注料性能的影響
以頁巖陶粒為基礎(chǔ)配比，進(jìn)行添加劑選擇試驗(yàn)。選擇三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、有機(jī)減水劑等三系，選擇加入量3b表適宜。輕質(zhì)澆注料與重質(zhì)澆注料不同，原料的塑性差，施工過程中易發(fā)生分層聚磷酸鈉減水效果最好，澆注料用水量降低，耐壓強(qiáng)度提高。圖4為減水劑加入量與耐壓強(qiáng)度之間的關(guān)系和滲水現(xiàn)象。因此，我們也進(jìn)行了增塑劑選擇試驗(yàn)。通過加入增塑劑，可以改善澆注料的作業(yè)性能，拌和好的澆注料沒有分層和滲水現(xiàn)象發(fā)生。
體積密度與導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系導(dǎo)熱系數(shù)是高溫窯車用澆注料一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它反映了澆注料絕熱性能的好壞。導(dǎo)熱系數(shù)的大小，影響到窯車下部溫度的高低，決定了窯車的使用壽命。實(shí)驗(yàn)中，我們檢驗(yàn)了陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)澆注料體積密度不同時，導(dǎo)熱系數(shù)值見表5。體積密度1.36g/cm3的澆注料，耐壓強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計要求。
表5 高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料導(dǎo)熱系數(shù)W/M·K
輕質(zhì)原料對燒后線變化率的影響
使用溫度下澆注料的燒后線變化率，決定了澆注料使用中收縮裂紋的問題，也是窯車使用壽命高低的重要影響因素之一。通過多孔粘土熟料(配比1)與頁巖陶粒(配比2)的對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用頁巖陶粒配置的澆注料，不但強(qiáng)度高，隔熱保溫性能好的特點(diǎn)，而且燒后收縮小，這是由于頁巖陶粒加熱時有二次微膨脹的緣故。結(jié)果見圖5。
高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料理化指標(biāo)研制的高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料理化性能與曾試用過的輕質(zhì)澆注料理化性能進(jìn)行了對比見表6。
表6 高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料理化性能對比
應(yīng)用研制出的高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料已按設(shè)計要求在高溫隧道窯窯車上澆注，并于高溫隧道窯開窯后投入使用，澆注料施工厚度160mm，使用中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋和塌陷現(xiàn)象。窯內(nèi)工作溫度1500~1800℃，窯車下部溫度下降到≤100℃，使用效果良好，已使用兩年多，見圖6。當(dāng)然，合理的壓力平衡及曲封的嚴(yán)密性也是窯車下部溫度下降的保證條件之一。
在窯車使用過程中，我們通過測量窯車下部溫度，理論計算出高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料界面工作溫度為1100℃，證明我們原設(shè)定工作溫度為1200℃是適合的。
結(jié)果與討論高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料理化指標(biāo)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求，在高溫隧道窯車上使用是成功的，解決了窯車因下部過熱損壞，縮短使用壽命的問題。