普通粘土耐火浇注料在均热炉和加热炉等火焰炉中,获得广泛的应用,并取得了良好的经济效果。轧钢加热炉的使用寿命一般为3~10年,锻钢实式加热炉的寿命约为2年,单侧上烧嘴均热炉的使用寿命一般为3~6年。
一、强度变化
黏土耐火浇注料在加热过程中,发生一系列的物理化学变化。这些微观上的变化,在宏观上就是其强度变化特征(见下图)从图中看出,随着加热温度的不断升高,其耐压强度也增大,特别是在800~1000℃时,强度由10MPa左右骤然增到31MPa以上,随后强度增大较少。
黏土耐火浇注料的基质材料在加热过程中的物理化学变化、相组成和组织结构等,决定了该材料的特征。在基质材料中、水泥促凝剂赋予浇注料以常温和低温性能,高铝粉料起填充空隙的作用。在高温下两种料的活性AL2O3参与反应。粘土结合剂则始终起作用。众所周知,结合黏土的主要矿物为高岭石,一般来说,自由水在低温时逐渐脱除,而结合水在450~600℃时,急剧脱除,因此产生一个较大的吸热效应:在图中,900~1050℃和1150~1300℃时,分别有一个较大的和较小的放热峰,这是高岭石高温分解后再结晶而引起的放热效应。
在加热过程中,黏土中的高岭石将发生结合水脱除、晶型转变和二次莫来石化等反应,其化学反应式如下:
400~600℃
AL2O3·2SiO2·2H2O → AL2O3·2SiO2+2H2O
高岭石结合水分解失掉,使浇注料的空隙增加。同时,生成非晶型偏高岭石(AL2O3·2SiO2),并发生较大的吸热反应。在800℃之前,铝酸盐水泥促凝剂也发生一些相变化。因此黏土耐火浇注料烧后耐压强度与烘干耐压强度相比,增加叫少这是由于加热干固所致。当温度升高时,由于液相的出现,黏土耐火浇注料开始烧结。
总之,黏土耐火浇注料因有结合黏土的存在,在分散剂和促凝剂的作用下,基本上获得了施工性能、常温和低温时的强度:从800℃开始,基质中出现液相。随着温度的升高,液相量增加,并发生一系列的化学变化,生成莫来石等新相,因此烧后强度急剧增大:到1400℃左右,各种化学反应基本结束,强度也趋于平稳。同时,由于基质中形成大量的针状莫来石,因此粘土耐火浇注料的其它高温性能也是十分优良的。