高鋁質(zhì)耐磨可塑料用促凝劑(鋁酸鈣水泥)的選用
來源:未知 發(fā)布時(shí)間:2021-06-30 瀏覽次數(shù):
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近年來,循環(huán)流化床鍋爐(CFB)作為一種主要的“清潔燃燒”裝置在新建或改建火(熱)電廠工程中得到廣泛應(yīng)用,并帶動(dòng)了CFB鍋爐配套用耐火材料的不斷完善和發(fā)展。眾所周知,CFB鍋爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)復(fù)雜,燃燒室內(nèi)存在大量高濃度、高速循環(huán)的煤顆粒及煙氣,這就要求CFB鍋爐內(nèi)襯耐火材料不僅要具有良好的施工性能,而且要具有高強(qiáng)度及良好的耐磨性能。高鋁質(zhì)耐磨可塑料主要用于CFB鍋爐中內(nèi)襯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、無法立模澆注,但可以采用預(yù)制或手工搗打、涂抹的部位,如水冷壁、一次返料區(qū)和旋風(fēng)分離器等部位。高鋁質(zhì)耐磨可塑料一般是由骨料、粉料、結(jié)合劑及促凝劑按照一定比例經(jīng)過混練,具有一定黏性和塑性的耐火材料。高鋁質(zhì)耐磨可塑料中促凝劑的選擇及促凝機(jī)制的研究對可塑料施工性能以及CFB循環(huán)硫化床鍋爐的使用壽命具有重要影響。因此,在本工作中,以均化高鋁礬土、二氧化硅微粉和氧化鋁微粉為原料,以磷酸鹽為結(jié)合劑,制備了高鋁質(zhì)耐磨可塑料,重點(diǎn)探究四種鋁酸鈣水泥促凝劑對高鋁質(zhì)耐磨可塑料促凝機(jī)制以及對燒后可塑料燒結(jié)性和耐磨性的影響。
1.1原料
試驗(yàn)用均化高鋁礬土骨料(粒度為3~1和≤1mm)和細(xì)粉(≤0.074mm)產(chǎn)于山西陽泉,SiO2微粉及α-Al2O3微粉為市售產(chǎn)品,結(jié)合劑為磷酸二氫鋁與磷酸的混合液,其中磷酸二氫鋁密度為1.5g·cm-3,磷酸溶液中磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%。促凝劑為市售60、65、70和75四種鋁酸鈣水泥。
1.2制備
試驗(yàn)基礎(chǔ)配方(w)為:45%的均化高鋁礬土骨料、20%的均化高鋁礬土細(xì)粉、12%的α-Al2O3微粉、5%的SiO2微粉和13%的磷酸二氫鋁和磷酸(質(zhì)量比11混合)結(jié)合劑,并在基礎(chǔ)配方中分別對應(yīng)加入5%(w)的60水泥、65水泥、70水泥和75水泥,試樣編號對應(yīng)為1#、2#、3#和4#。
將稱量后的物料加入到攪拌桶中混練2min,采用搗打方式成型為40mm×40mm×160mm的常規(guī)試樣以及100mm×100mm×30mm的耐磨試樣,常溫養(yǎng)護(hù)48h后脫模,繼續(xù)常溫養(yǎng)護(hù)24h,再經(jīng)110℃保溫24h烘干。烘干后部分試樣進(jìn)行1100℃保溫3h熱處理,隨爐冷卻后待用。
1.3性能測試
記錄成型后試樣養(yǎng)護(hù)過程中的初凝時(shí)間;按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(YB/T5200—1993、GB/T3001—2007、GB/T5072—2008、GB/T5988—2007、GB/T18301—2001)對烘干和熱處理后試樣進(jìn)行體積密度、常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度、燒后線變化率、耐磨性能進(jìn)行檢測。
用X射線衍射儀分析熱處理后試樣的物相組成;用掃描電鏡觀察1100℃熱處理后試樣的斷口形貌。
圖片
2、結(jié)果與討論
2.1常溫性能
110℃烘干和1100℃熱處理后試樣的常溫性能見圖1??梢钥闯?110℃烘干后試樣體積密度隨鋁酸鹽水泥中氧化鋁含量增大呈逐漸降低趨勢,并且經(jīng)1100℃熱處理后試樣體積密度普遍小于110℃烘干后的。分析認(rèn)為:試樣經(jīng)1100℃熱處理后,促凝劑鋁酸鹽水泥水化物會分解脫水,結(jié)合劑中磷酸二氫鋁會生成低水或無水磷酸鹽,因此,導(dǎo)致熱處理后試樣體積密度降低。從圖中常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度的變化趨勢也可以看出,經(jīng)1100℃熱處理后試樣的常溫力學(xué)強(qiáng)度明顯小于110℃烘干后的,說明結(jié)合劑磷酸鹽物相變化以及促凝劑鋁酸鹽水泥水化物高溫分解對于可塑料中溫強(qiáng)度不利。這與試樣體積密度的變化趨勢相似,烘干及熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度均隨著水泥中氧化鋁含量增大而逐漸降低。分析認(rèn)為:烘干后試樣強(qiáng)度主要源于結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度以及促凝劑對物料的促凝效果,各配方物料中結(jié)合劑種類和數(shù)量相同,因此,引起可塑料強(qiáng)度變化的主要因素應(yīng)該是促凝劑。
可塑料中鋁酸鈣水泥促凝機(jī)制是鋁酸鹽水泥中鈣離子與結(jié)合劑中磷酸根離子及氫離子和氧離子的相互作用,其硬化反應(yīng)方程為:Ca2++PO3-4+5H++2O2→CaHPO4·2H2O。結(jié)合劑中磷酸二氫鋁在常溫下以粘附作用為主,結(jié)合劑中磷酸更是與物料中氧化鋁反應(yīng)生成磷酸鋁鹽。結(jié)合劑磷酸二氫鋁雖有結(jié)合性,但可塑料硬化速度緩慢,為加速其常溫硬化,必須加入可與酸式磷酸鹽反應(yīng)的堿性金屬化合物。鋁酸鹽水泥中存在鈣離子,同時(shí)鋁酸鹽水泥對于高鋁質(zhì)耐磨可塑料還起到部分結(jié)合劑的作用。
2.2硬化及耐磨性能
鋁酸鹽水泥中鈣離子確實(shí)可以起到促凝作用,鋁酸鈣水泥中氧化鋁含量的增大以及氧化鈣含量的減小會削弱鋁酸鈣水泥對高鋁質(zhì)耐磨可塑料的促凝效果。然而,在可塑料施工過程中,如果可塑料促凝速度過快將直接影響材料的施工時(shí)間和施工質(zhì)量,因此,在使用鋁酸鹽水泥作為高鋁質(zhì)耐磨可塑料的促凝劑時(shí),要針對具體施工時(shí)間和施工條件,合理選擇促凝劑種類和數(shù)量。
2.3物相組成
熱處理后物相組成中剛玉相主衍射峰強(qiáng)度有增大趨勢,莫來石相主衍射峰強(qiáng)度有降低趨勢。此結(jié)果與促凝劑鋁酸鹽水泥有關(guān)。各試樣中各鋁酸鹽水泥的理論礦物組成不同,其中,60水泥中理論礦物為七鋁酸十二鈣和鋁酸一鈣,而65、70和75水泥的理論礦物組成為鋁酸一鈣和鋁酸二鈣,而75水泥中鋁酸二鈣的含量較高,接近純鋁酸二鈣理論組成。因此,在高鋁質(zhì)可塑料配方中,隨著促凝劑中氧化鋁含量增大,熱處理后試樣中剛玉相特征峰增強(qiáng)符合理論分析結(jié)果。
2.4顯微結(jié)構(gòu)
3、結(jié)論
(1)發(fā)現(xiàn)鋁酸鈣水泥中鈣離子對高鋁質(zhì)耐磨可塑料起主要促凝作用,隨著鋁酸鈣水泥中氧化鈣含量逐漸增大,試樣初凝時(shí)間逐漸增長,4#試樣5.5h后才實(shí)現(xiàn)硬化。
(2)鋁酸鹽水泥促凝劑直接影響110℃烘干和1100℃熱處理后可塑料的常溫力學(xué)性能,隨著1#—4#試樣鋁酸鹽水泥中氧化鈣含量的減小,烘干和熱處理后可塑料體積密度和常溫強(qiáng)度逐漸降低。
(3)熱處理后高鋁質(zhì)耐磨可塑料物相組成為剛玉相和莫來石相,促凝劑鋁酸鹽水泥中氧化鋁含量增大,會加強(qiáng)可塑料中剛玉相的結(jié)晶特征。