耐火预制件出现粉化、分层、泛水是什么原因引起的？该怎么解决？

耐火预制件具有现场施工方便、快捷、使用寿命长等优点,在高温工业炉窑领域的应用越来越广泛。耐火预制件的生产工艺过程相对比较简单,基本上是按配料、搅拌、成型、烘干等工序过程进行。但在生产过程中常常会遇到一些问题,本文主要对生产中常见的问题及处理方法进行探讨。

一、矾土熟料中杂质的粉化

矾土熟料是耐火材料常用的耐火原料之一,其质量的好坏对耐火制品的性能产生很大的影响。铝矾土熟料即矾土熟料是用铝土矿经过高温煅烧制成的,其Al₂O₃含量应大于50%。产品中的杂质含量不超过2%,不得混入石灰石、黄土及高钙与高铁等外来夹杂物。由于矾土生矿的地质分布特点,常常与石灰石、黄土等伴生,倘若煅烧后拣选不充分,矾土熟料中就会混入石灰石等杂质,一旦用于耐火预制件中,经过加水搅拌、成型烘干、烧成或使用的过程中,由于石灰石的粉化致使制品局部出现凹坑缺陷,不但影响制品的外观质量,而且影响制品的内在质量。因此,在矾土熟料使用之前,需进行粉化率的检验,采用的方法是,取重量为M1的矾土熟料颗粒(粒度+3 mm),放入水中浸渍一段时间,然后在110℃温度下烘干,过3 mm的筛网后称得筛上颗粒重量为M2,则粉化率可表示为:

粉化率(%)=(M1-M2)/M1×100%

以粉化率不超过0.20%为宜。如测得的粉化率偏高,为了保证产品的质量,需要对该批原料进行预处理,可采用先用水浸渍,经过烘干、筛分处理后再使用。

二、棕刚玉的粉化

在不定形耐火材料中,采用刚玉作耐火骨料和粉料,应用越来越多,并取得显著效果。刚玉一般是用工业氧化铝或铝土矿经烧结或电熔后制成的,包括白刚玉、亚白刚玉、板状刚玉、高铝刚玉、棕刚玉等。其中棕刚玉是以轻烧高铝料、煤和铁屑为主要原材料,采用电熔的方式进行冶炼生产的。冶炼工艺分为脱壳炉和倾倒炉两种,脱壳炉生产的料不同部位结晶程度差别较大,同时铁分布的部位较宽。倾倒炉生产的棕刚玉,质量均匀,体密好,但正由于质量均匀,所以分级少,综合指标可能稍差。根据生产实践的情况来看,脱壳炉生产的棕刚玉粉化几率要比倾倒炉生产大得多。若使用粉化率高的棕刚玉生产预制件,经高温烧成后,制品的表面局部发生粉化崩裂,不但影响制品的质量,而且造成烧成合格率大大降低,增加生产成本。由于使用粉化率高的棕刚玉存在严重的质量隐患,因此有必要对其进行粉化率的检测。

目前尚无粉化率的检测方法和标准,本文采用的方法有以下两种:

定性检测：即每进一批棕刚玉,按某一配方预制成型一块制品,烘干后进行低温600℃或1 000℃烧成,看其是否发生崩裂现象,以此判断该批棕刚玉是否粉化。

定量检测：取重量为M3的某一粒度样品,一般以粒度3~1 mm为宜,用高压锅水煮60 min(或在电炉中经过1000℃×1 h处理),烘干后观察其颗粒颜色和粒度变化情况,经过1 mm的筛网,筛上料的重量记为M4,则粉化率可表示为:

粉化率(%)=(M3-M4)/M3×100%

以检测的粉化率不超过0.10%为合格,对于不同的耐火制品,粉化率控制的标准可以有差别。

三、含硅微粉的镁铝质预制件的上涨分层

在含硅微粉的镁铝质预制件生产的过程中,经常会出现成型面上涨,致使制品分层的现象,这将严重影响耐火制品的使用寿命和成品率。SiO₂微粉有两种:一种是用高纯硅石制成的,另一种是生产金属硅或硅铁的副产品。通常耐火材料中使用的硅微粉指后者,它呈中空球状,有活性,不团聚,填充性好,在常温下有火山灰反应,高温下与Al₂O₃生成莫来石,均有利于浇注料强度的提高。但它必须有稳定的理化性能,否则将影响产品的使用性能。在耐火预制件生产过程中经常会出现由于原料中硅微粉的批次更换,致使制品的成型性能发生波动。其中表现最为明显的就是成型后的制品出现上涨分层。

对上涨分层问题处理的方法是：首先将使用的硅微粉进行筛分,以均化其成分;其次,在混料的过程中,增加缓凝剂的加入量,适当提高加水量,同时适当延长湿搅拌时间,然后成型;最后适当降低制品的养护温度,这样基本上可以使问题得以解决。

四、含铝微粉的刚玉尖晶石质预制件的泛水

在不定形耐火材料生产中,α-Al₂O₃微粉也是一种常用的耐火粉料之一。α-Al₂O₃超微粉系用工业氧化铝煅烧后制成的。其特点是分散性好,颗粒小,高温下易于烧结且体积效应小等。在生产中经常出现含铝微粉的刚玉尖晶石质预制件,成型后在养护的过程中,成型面出现一层乳白色的液体和蜂窝状的凹坑,并伴有气泡从凹坑中溢出,清除成型面上的液体后发现,成型面基本上全部由粉料组成,这种现象称为“泛水”现象,成型面上粉料层的厚度因泛水程度的不同而异。

泛水问题在冬季表现得更为明显,它给耐火预制件带来严重的质量隐患,致使制品的组织结构不均匀,强度低,抗热震和侵蚀性能下降,使用寿命偏低。经过大量的调查分析发现,泛水与所用原料铝微粉中金属氧化物K₂O、Na₂O的含量有一定的关系。当含量在0.2%以上时,用这种铝微粉所混的料成型预制件,基本上没有泛水现象的发生;当含量在0.1%以下时,所混的料用于预制件的生产,必定发生泛水现象,甚至相当严重。

对于泛水问题,可以通过以下几种方法来缓解或解决。①在正常加水量的基础上,适当降低0.1~0.3个百分点;②调整缓凝剂和促凝剂的加入比例,适当增加促凝剂的比例,同时减少缓凝剂的比例;③适当提高成型后的养护温度;④在混料时,加入少量的电熔镁砂细粉,加入量以不超过0.5%为宜。

五、预埋吊钩预制件的高温处理

预埋吊钩的预制件高温处理也是耐火预制件生产中常常遇到的问题之一。这里所说的高温处理温度指在1100℃以上。因此不能像平常一样,直接进行烧成,而应当采取一定的防护措施来避免金属吊钩的烧成氧化。

为此首先用和吊钩一样粗细的钢筋段进行试验,试验了3套方案:埋炭;钢筋段外涂防氧化涂料;用耐火棉把钢筋段包好,然后用浇注料作为外部防氧化层。

在高温炉中烧制,试验结果:埋炭烧成的钢筋完好无损;涂防氧化涂料的钢筋段氧化最为严重;浇注料作外部防氧化层的钢筋段,由于浇注料在烧成过程中出现微裂纹而发生部分氧化,氧化层厚度为1~2 mm。

由此可见,进行埋炭处理是最佳的选择。在埋炭处理时,需要注意的是,可以根据预制件的结构特点进行局部或全部埋炭处理。

除了以上几点常见的耐火浇注料预制件问题外，耐火预制件在成型过程中，需严格按照以下规范进行：

1、振动前预制件组组长、质量管理人员等要检查振动台振动是否有力，振动电机螺丝是否松动，振动台面是否水平;并检查其它各种机电设备是否正常，确保浇注成型顺利进行。

2、将所用模具内的杂物清理干净，均匀地涂上脱模剂，按模具上所标记号进行安装。对套要做到模板进槽，螺丝拧紧，不留漏浆缝隙。拧紧螺丝后，将模具平稳地放置在振动台上，经检查模具符合图纸要求后，可进行压套，预先振动看模具是否压牢，若无异常可准备成型。座砖或其它带有孔洞套具对好后质量管理人员要逐项检查轴芯是否偏心，轴心、边板、底板、顶板是否严丝合缝，螺丝是否上紧，不符合要求不准成型生产。

3、加料时应注意在整个模具内均匀倒入，严禁在一个位置加料。一般预制件平模成型时，加料至1/2厚度时，平整泥料，开机振动;立模成型时，加料约200mm厚度时开机振动，以后加料应逐渐进行(严禁一次加料过多，影响气体排出)，振动至棱角处的料要充填密实。若用振动棒成型，振动间距为200mm左右，振动时振动棒的移动和拔出应缓慢进行，振动棒不能横拉，以防内部造成孔洞;振动上层料时，振动棒应插进下层约30mm深的料中，以便使浇注料振动成型时形成整体，防止分层现象发生。浇注料加满模具或加到规定尺寸振动至浇注料表面泛浆基本无气泡排出时成型结束。电炉盖成型时，应先从四周边加料边振动，浇注料与模具边沿振平后，再从中间加料向四周振动成型。

4、成型时应注意各预制件的吊环安装，若图纸有要求时，应按规定要求安装，没有要求时，500kg以上预制件的吊环一律按净尺寸高出预制件表面100mm进行安装;500kg以下预制件的吊环一律按净尺寸高出预制件表面80mm进行安装。

5、耐火预制件吊环的粗细，图纸有要求时按要求执行，若无要求应根据预制件形状大小临时安排。

6、成型时应注意，若有预埋件，应先将预埋件按规定要求刷两遍浙青或者清漆，然后在预埋件容易出现事故的地方，缠上约1.5mm左右厚的塑料薄膜或胶带，以防干燥时因热应力差异，造成预制件坯体开裂，影响产品质量。

7、成型完毕后，应立即将预制件坯体表面进行平整处理，但不得用水将预制件坯体表面湿润，防止坯体表面出现干燥裂纹。

8、成型后应将预制件模具边缘的多余泥料，清理干净，以防脱模后造成预制件坯体飞边过大影响其外观质量及尺寸偏差过大。

9、成型后，应将耐火预制件连同模具放到温度和湿度适宜的地方，不得放在温度过热或过冷的地方，若遇天气过于干燥，成型后应用湿麻袋等将其表面覆盖，以免水分蒸发过快，影响坯体质量，但所用覆盖物以不滴水为宜，若天气较冷应增加取暖设施保持室内温度，当现场环境温度低于6℃时应停止生产。