耐材百科

耐火材料的微观、细观与宏观结构

  微观结构是用显微镜看到的材料内部各基本单元的结合和构造特征,即各基本单元是按什么方式结合的?又是按什么规律排列的?结构就是从基本单元的“结”和“构”方式表现出来的特征。如图1-1所示是1500℃热处理后,某一耐火浇注料基质的背散射电子照片。

  1500℃处理后超低水泥结合莫来石浇注料的基质灰色部分是莫来石相,亮灰色部分是钙长石相,黑色部分是气孔。该耐火材料显微组织的基本构造单元是莫来石、钙长石和气孔。显微结构特征:少量的钙长石相结合莫来石相形成三维网架,网架中充填一定数量的气孔。钙长石相宽为10~20um,莫来石颗粒直径为20~100um,莫来石颗粒之间基本上依靠钙长石结合,几乎没有直接结合。不过,钙长石相结合莫来石相形成的三维网架有较好的连续性,没有其他低熔物。由此,就精确描述该浇注料的显微结构特征,为解释成分、结构和性能的关系做了准备。

  据CaO-Al2O3-SiO2浇注料的水泥使用量很低,但仍属于低熔物结合的材料。1300℃以下(如果R2O等杂质含量很低可提高至1400℃以下)该浇注料具有良好的力学性能。但接近1500℃时,因温度靠近刚玉-莫来石-钙长石副三角形的不变点,材料软化、强度大幅降低。因此,有时从一张照片就能够大致判断出材料的性能好坏、使用寿命的长短。岩相分析是一门无机非金属材料专业的基础课程,作用非常重要,特别与数字图像分析、电子计算机数据处理技术结合后具有更加强大的功能。但是,现有硅酸盐岩相学的教材陈旧、方法落后,使人索然无味,精通者也塞廖无几。所以,对这门技术重新整理、挖掘、提高对硅酸盐材料科学的发展具有很大的意义。

  细观结构是指用肉眼或放大镜看到的耐火材料低倍组织的结合、构造特征。

  铝酸钡水泥结合刚玉质浇注料的显微组织铝酸锁水泥结合刚玉耐火浇注料的显微组织。图中左下部和右上部的灰色大颗粒是刚玉粗骨料,中间的灰色小颗粒是刚玉细骨料,充填在刚玉颗粒之间的白色物质是基质,黑色部分为孔洞。这些基质是由钦水泥和硅灰反应生成的钡长石所结合的刚玉细粉所组成的。

  一般情况下,耐火材料由粗骨料、细骨料和由细粉生成的基质所组成。粗骨料占据了耐火材料中大部分体积,起骨架的作用。细骨料充填在粗颗粒的空隙中起补强的作用。细粉充填在粗骨料和细骨料的空隙中,通过高温作用形成基质起到结合粗细骨料的作用。这种堆积可以最大限度地减少空隙,减少外来物质的侵人,提高材料的密度、强度、高温体积稳定性和抗侵蚀性。

  耐火材料的宏观结构即构筑窑衬采用的结构。图1-3显示了一种用陶瓷铺固件和耐火浇注料构筑平吊顶的方式。

  陶瓷锚固件的吊挂方式耐火浇注料成型后被吊挂在陶瓷锚固件上,陶瓷铺固件吊挂在钢夹上,钢夹吊挂在钢质挂钩上,挂钩吊挂在小工字钢梁上,小工字钢梁又支撑在大工字钢梁上。这种结构方式的好处是:

  ①用陶瓷锚固件代替了耐热钢锚固件,避免了耐热钢缓慢氧化引起的损坏,延长了衬里寿命;②降低了金属件的工作温度,可以用普通钢材代替昂贵的耐热钢,降低窑炉的造价;③由于增加了陶瓷锚固件的长度,降低了铺固件后部钢夹的工作温度,避免了钢夹的氧化,可以增加浇注料上部所覆盖轻质材料的厚度,提高窑衬的隔热节能效果。

  由此可见,改变耐火材料的宏观结构或改进耐火材料的使用维护,可以显著减少耐火材料的负荷,有效延长窑炉寿命,从而能够通过节能减排、增产增收,提高水泥企业的经济效益。新型干法水泥生产线上的管理人员、技术人员都可以在此方面做一些有益的工作。
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