耐火保溫材料的微觀、細觀與宏觀結構特征

微觀結構是用顯微鏡看到的材料內部各基本單元的結合和構造特征，即各基本單元是按什么方式結合的？又是按什么規律排列的？結構就是從基本單元的“結”和“構”方式表現出來的特征。如圖1-1所示是1500℃熱處理后，某一耐火澆注料基質的背散射電子照片。


1500℃處理后超低水泥結合莫來石澆注料的基質
 
圖1-1中，灰色部分是莫來石相，亮灰色部分是鈣長石相，黑色部分是氣孔。該耐火材料顯微組織的基本構造單元是莫來石、鈣長石和氣孔。顯微結構特征：少量的鈣長石相結合莫來石相形成三維網架，網架中充填一定數量的氣孔。鈣長石相寬為10~20um,莫來石顆粒直徑為20~100um,莫來石顆粒之間基本上依靠鈣長石結合，幾乎沒有直接結合。不過，鈣長石相結合莫來石相形成的三維網架有較好的連續性，沒有其他低熔物。由此，就精確描述該澆注料的顯微結構特征，為解釋成分、結構和性能的關系做了準備。
 
據CaO-Al2O3-SiO2相圖（圖1-1)所示澆注料的水泥使用量很低，但仍屬于低熔物結合的材料。1300℃以下（如果R2O等雜質含量很低可提高至1400℃以下）該澆注料具有良好的力學性能。但接近1500℃時，因溫度靠近剛玉-莫來石-鈣長石副三角形的不變點，材料軟化、強度大幅降低。因此，有時從一張照片就能夠大致判斷出材料的性能好壞、使用壽命的長短。巖相分析是一門無機非金屬材料專業的基礎課程，作用非常重要，特別與數字圖像分析、電子計算機數據處理技術結合后具有更加強大的功能。但是，現有硅酸鹽巖相學的教材陳舊、方法落后，使人索然無味，精通者也塞廖無幾。所以，對這門技術重新整理、挖掘、提高對硅酸鹽材料科學的發展具有很大的意義。
 
細觀結構是指用肉眼或放大鏡看到的耐火材料低倍組織的結合、構造特征。


鋁酸鋇水泥結合剛玉質澆注料的顯微組織
 
如圖1-2所示是鋁酸鎖水泥結合剛玉耐火澆注料的顯微組織。圖中左下部和右上部的灰色大顆粒是剛玉粗骨料，中間的灰色小顆粒是剛玉細骨料，充填在剛玉顆粒之間的白色物質是基質，黑色部分為孔洞。這些基質是由欽水泥和硅灰反應生成的鋇長石所結合的剛玉細粉所組成的。
 
一般情況下，耐火材料由粗骨料、細骨料和由細粉生成的基質所組成。粗骨料占據了耐火材料中大部分體積，起骨架的作用。細骨料充填在粗顆粒的空隙中起補強的作用。細粉充填在粗骨料和細骨料的空隙中，通過高溫作用形成基質起到結合粗細骨料的作用。這種堆積可以最大限度地減少空隙，減少外來物質的侵人，提高材料的密度、強度、高溫體積穩定性和抗侵蝕性。
 
耐火材料的宏觀結構即構筑窯襯采用的結構。圖1-3顯示了一種用陶瓷鋪固件和耐火澆注料構筑平吊頂的方式。


陶瓷錨固件的吊掛方式
 
由圖1-3可知，耐火澆注料成型后被吊掛在陶瓷錨固件上，陶瓷鋪固件吊掛在鋼夾上，鋼夾吊掛在鋼質掛鉤上，掛鉤吊掛在小工字鋼梁上，小工字鋼梁又支撐在大工字鋼梁上。這種結構方式的好處是：
①用陶瓷錨固件代替了耐熱鋼錨固件，避免了耐熱鋼緩慢氧化引起的損壞，延長了襯里壽命；
②降低了金屬件的工作溫度，可以用普通鋼材代替昂貴的耐熱鋼，降低窯爐的造價；
③由于增加了陶瓷錨固件的長度，降低了鋪固件后部鋼夾的工作溫度，避免了鋼夾的氧化，可以增加澆注料上部所覆蓋輕質材料的厚度，提高窯襯的隔熱節能效果。


 
由此可見，改變耐火材料的宏觀結構或改進耐火材料的使用維護，可以顯著減少耐火材料的負荷，有效延長窯爐壽命，從而能夠通過節能減排、增產增收，提高水泥企業的經濟效益。新型干法水泥生產線上的管理人員、技術人員都可以在此方面做一些有益的工作。