【冷门知识】自流、泵送和喷射三种特殊不定形耐火材料的特征及施工
本文所指特殊成型不定形耐火材料是指用自流、泵送和喷射方式成型耐火材料。简而言之，自流浇注料适合不易进行振动成型的部位；泵送料适合用于距离长、高差大、数量多和速度快的施工；喷射料适合用于不便支模的部位。在发达国家，自流、泵送和喷射成型耐火材料已得到广泛推广。在我国，这些新型不定形耐火材料将具有更大的发展空间。
自流不定形耐火材料
1.自流的特征
自流料是一种具有流动性、填充性和稳定性的，能够依靠自行流动形成致密衬体的耐火浇注料。
所谓流动性就是依靠浇注料的自重克服阻力，实现流动。充填性就是浇注料能够通过间隙，不发生塞流。稳定性就是浇注料不发生离析、泌水。此外，自流浇注料还应该具有良好的烧后性能。一般情况下，自流量的流动性用自流率来表示，测量自流率所用的模具如图9-19所示。
由图9-19可知，测量自流率所用的模具是一个截顶圆锥，其上部直径为70mm，下部直径为100mm,高度为50mm。测量时，将搅拌好的浇注料倒入模中，待物料充满模型后，把超出模上口的物料刮去，随即垂直提起锥模，让物料在玻璃板上自动流动，1min后，测量平板上物料的最大直径和与之垂直的直径，取平均值后，再按式(9-6)计算流动率。
式中ZLL——自流率；
D——自料流展开lmin后两方向上直径的平均值，mm;
100——浇注料展开前的底部直径。
一般情况下，自流料的自流率控制在50%-100%之间。如果自流值过小，物料流动性差，施工时浇注料不能充满模型，形成致密的衬体；如果自流值过大，物料在施工时就可能出现偏析。
2.自流的实现
自流料的流动性大小取决于粒度组成和液相性质，也就是骨料间的摩擦力，以及浆体的黏度和屈服应力。浆料的流动性可由宾汉模型表示。
由式(9-7)可知，一旦重力产生剪应力超过屈服应力，浇注料就发生流动。自流料需要中等偏低的黏度，如果黏度过大，浆体就不能流动。如果黏度过小，则又可能发生离析。
浇注料中，首先，粉体与水混合后成为净浆；接着，细骨料悬浮在净浆中成为砂浆；最后，粗骨料悬浮在砂浆中成为浇注料。
低水泥浇注料中，骨料比例较大，骨料之间有许多的直接接触点，妨碍了物料的流动。因而，需要振动才能使浇注料流动。相反，自流浇注料含骨料较少，含基质较多，这样骨料颗粒之间的直接接触很少，细粉与水形成连续的流体，物料在重力作用下，就可以流动。
为了具有一定的抗离析性，自流浇注料中必须有足够的细骨料。这样，才有助于提高砂浆的密度和黏度。砂浆的密度增大，砂浆的浮力也随之增大，抵消了粗骨料所受的部分重力，有利于延缓粗骨料的下沉。砂浆的黏度增大，使砂浆更容易裹携粗骨料流动，也有利于减少离析。
为保持良好的流动性，自流浇注料掺有较多细粉和微粉。这样，经养护、干燥和煅烧后，自流料就容易发生较大的收缩或“瓷化”。所以，自流浇注料需要添加“三石”等膨胀性物质，以抵消烧成收缩，还需要控制微粉的配比、控制结合相的成分和形成过程，抑制烧后过致密化。若控制得法，自流耐火浇注料可以获得接近低水泥浇注料的理化性能。
3.自流料的性能
为获得良好的流动性，自流浇注料增大了粉体含量，且使用了大量微粉和外加剂。这样，就显著增加了成本。另一方面，自流料仍不能完全解决需水量大、气孔率高、体积密度和强度低、烧结能力强的问题。高铝质自流浇注料与同类低水泥浇注料的性能对比见表9-19。
由表9-19可知，与低水泥浇注料比较，自流浇注料的加水量多，体积密度小，显气孔率大。自流浇注料经105℃和1400℃处理后强度较低，但1600℃强度很高。自流浇注料的流动性好，可以在形状复杂或尺寸狭窄的空间中流动，借助自重成型，获得致密的整体性衬料。所以，自流浇注料适合于不便施工或难以采用其他成型方法获得致密衬体的特殊部位。
泵送不定形耐火材料
1.泵送的特征
泵送料是指在混凝土泵的压力推动之下，沿输送管道运输，在管道出口以振动、自流、喷射等方式成型的不定形耐火材料。泵送料的优点在于：输送速度和施工速度快，有利于远距离、长高程的输送。弄懂泵送工艺，先得弄清泵送原理，如图9-21所示。
由图9-21可知：其一，浇注料中的砂浆在压力作用下润滑管壁，减少了泵送料和管道之间的摩擦力；其二，粗骨料悬浮在灰浆中，减少了泵送料内部粗骨料之间的摩擦，并进一步减少了泵送料对管壁的摩擦。由于减少了输送阻力，不定形耐火材料才得以顺利泵送。堵管的发生如图9-22所示。
由图9-22可知，堵管的发生过程是泵送料发生离析，浆料先走，骨料滞后。管道内，骨料不断增多，浆料不断减少。最后，无润滑浆料，石子越积越紧，直到将管道卡死。
泵送料的精髓可用“流”、“聚”、“凝”三个字表示。所谓“流”，就是泵送料要有良好的流动性，这样才能有低的输送阻力。所谓“聚”，就是泵送料要有良好的黏聚性，这样才能不离析，不离析，才能不堵管。所谓“凝”，就是泵送料的初凝时间要大于1h。这样在泵送设备出现问题时，才有足够的时间去排除故障，而不至于发生堵管故障。
2.泵送的实现
为了制备性能良好的泵送料，需要注意泵送工艺对于粗骨料、细骨料和坍落度的要求。
①粗骨料的最大粒径与输送管径之比小于等于1:4,且粗骨料粗粒部分的含量要少。如果粗骨料过粗、过多，就容易发生堵管。
②采用连续级配，粗骨料中针片状颗粒含量不宜大于10%，最大也不超过18%。如果片针状颗粒过多，泵送料的和易性就会变差。
③尽量多用表面光滑的圆形或近似圆形的骨料，尽量少用尖锐扁平的骨料。因为，前者的流动性较好。
④配制有抗热震性要求的耐火材料时，粗骨料的强度要高于耐火材料强度的1.5-2.0倍。这样，有利于减少穿骨料断裂，增多沿骨料断裂，防止不定形耐火材料烧后发生“脆化”。
3.泵送的操作
(1)泵送料管道布置要求
①管道按最短距离、最少弯头布置，以减小输送阻力。
②高层输送时，由水平转垂直时，弯曲半径应大于500mm。水平管的长度一般应小于垂直管长度的15%。
③在水平管路中接人管路截止阀。停机时间超过5min时，应关闭截止阀，防止泵送料倒流，导致堵管。
④泵机出口、弯管、管道悬空处的管道，都要固定牢固，以防窜动引起磨损。
⑤离泵越近，压力越高。所以，为提高使用寿命，泵出口处使用新管道，较远处使用旧管道。
(2)泵送料操作要点
①泵送之前，先用清水从管道泵出，达到湿润和清洁的目的。
②泵水之后，送砂浆之前，先放入一个海绵球。然后向料斗内加人与泵送料配比相同的砂浆，润滑管道后即可开始泵送不定形材料。每100m管道约需0.25m3砂浆，搅拌主机、料斗、搅拌罐等约需0.2m3的砂浆。
③开始泵送时，泵送速度宜放慢，油压变化应在允许范围内，待泵送顺利时，才用正常速度进行泵送。
④泵送期间，料斗内的料量应保持在不低于缸筒口上10mm到料斗口下150mm之间为宜。
⑤泵送宜连续作业，如来料供应不及，需降低栗送速度。泵送暂时中断时，不应停止搅拌。
⑥泵送中途若停歇时间超过20min、管道又较长时，应每隔5min开泵一次，使管内存料蠕动，防止泌水离析，长时间停泵（超过45min)，可将泵送料从泵和输送管中清除。
⑦每次泵送完毕一定要按照操作规程将输送管道清洗干净。否则，下次很可能就会堵管。
⑧泵送完毕清洗管道时，也要放入一个海绵球，将清洗水与泵送料分开,否则也易造成堵管。
(3)防堵措施
如果出现压力高而不稳、油温升高、输送管明显振动及泵送困难等，应立即查明原因，排除隐患。
①首次泵送时，管道阻力较大，此时应低速泵送，泵送正常后，可适当提高泵送速度=当出现堵管征兆或某一车泵送料的塌落度较小时，应低速泵送，将堵管消灭在萌芽状态。
②泵送时，操作人员须随时观察料斗中的余料，余料不得低于搅拌轴，如果余料太少，极易吸入空气，导致堵管。但是，料斗中的料也不能堆得太多。
③当发现有一斗不定形耐火材料的流动性很差，无法泵送时，应及时将耐火材料从料斗底部放掉，若贪图省事，强行泵送极易造成堵管。切忌在料斗中加水搅拌。
④发生堵塞后，找到堵塞点，用铁锤击管道，发现声音沉闷处和管内有刺耳尖声处，即堵塞点。
⑤用木槌敲击堵塞部位，待将泵送料击松后重复进行反泵和正泵运行，以排除堵塞。
⑥重复进行反泵和正泵，逐步将泵送料吸出返回至料斗中，经搅拌后再重新泵送。
⑦从泵机出口处，往前一节一节查看，如后节没有砂浆滑出来，前节有砂浆在压力下滑出，则堵塞就发生在这两节管道之间。
⑧当上述方法无效时，卸压后拆开堵塞部位，待排出堵塞物后重新泵送。
喷射不定形耐火材料
1.喷射的特征
喷射是使用管道将不定形耐火材料输送至喷嘴，在压缩空气的作用下，将不定形材料喷出并黏附在工作面上，形成整体性窑衬的成型方式。喷射又分为干式喷射和湿式喷射。
干式喷射是一种借助于压缩空气，将散状料沿管道输送至喷嘴，加入水和促凝剂后，从喷嘴喷出的成型工艺。干喷的优点是喷射机结构简单、易于维护。干喷的缺点是粉尘大、回弹多、混合时间短、衬体质量差。
湿式喷射是一种用混凝土泵将拌和好的不定形耐火材料输送至喷嘴，加入促凝剂和压缩空气，利用压缩空气的动能将不定形耐火材料喷射到工作面上，并在工作面上形成致密衬体的成型工艺，如图9-24所示。
由图9-24可知，喷射料和水被加入混合仓，在混合仓内喷射料和水混合后形成的成型料进入双缸泵上部的给料仓，再由双缸泵压至喷枪，促凝剂和压缩空气进入喷枪，在喷枪中与喷射料混合后喷至工作面，黏附在工作面上，经凝结、硬化后形成耐火材料衬体。
湿式喷射要使用混凝土泵输送。因此，湿喷具有泵送料的特点。与干式喷射相比，湿式喷射还具有粉尘小、回弹低、质量好的优点。不过，湿式喷射的投资大、清洗难、故障多。从事湿式喷射需要特殊的设备，及时更换易损零部件，施工时发生故障要迅速排除。因而，使用、维护都需要很高技术的支持。
2.喷射的实现
喷射料必须具有良好的泵送性和附着性。附着性指喷出料能够很好地黏附在成型面上，不流淌、不滑落，能够在很短的时间内凝固，形成致密的整体性衬料。影响上述性能的主要因素有以下几个方面：粒度组成，水泥、微粉、化学外加剂，特别是促凝剂和附着剂。
一般情况下，喷射料所用的促凝剂有硅酸钠、铝酸钠、氯化钙和聚氯化铝。其中，以氯化物的促凝效果为好。如果采用有机高分子物质，如羧乙基纤维素和藻朊酸盐，有利于获得高抗流动性又有可塑性的浇注料。图9-25显示了促凝剂和附着剂的效果。
3.喷射料的性能和使用
湿式喷射所得衬体的质量明显高于干式喷射。但是，湿式喷射成型的质量仍旧赶不上振动成型的浇注料，见表9-20。
由于干式喷射缺点很多，故不推荐该成型技术。湿式喷射既具有泵送料的特点，还具有喷射料自身的独特之处。也就是说，喷射料和所有的泵送料一样除适用于距离长、落差大、数量多、速度高的施工外，还要求用于不便支模或多次施工的部位。例如，抢修工程或作为复合不定形耐火材料衬里。
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