耐火保溫材料的微觀、細(xì)觀與宏觀結(jié)構(gòu)特征

微觀結(jié)構(gòu)是用顯微鏡看到的材料內(nèi)部各基本單元的結(jié)合和構(gòu)造特征，即各基本單元是按什么方式結(jié)合的？又是按什么規(guī)律排列的？結(jié)構(gòu)就是從基本單元的“結(jié)”和“構(gòu)”方式表現(xiàn)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(zhì)的背散射電子照片。


1500℃處理后超低水泥結(jié)合莫來石澆注料的基質(zhì)
 
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(gòu)造單元是莫來石、鈣長石和氣孔。顯微結(jié)構(gòu)特征：少量的鈣長石相結(jié)合莫來石相形成三維網(wǎng)架，網(wǎng)架中充填一定數(shù)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(jié)合，幾乎沒有直接結(jié)合。不過，鈣長石相結(jié)合莫來石相形成的三維網(wǎng)架有較好的連續(xù)性，沒有其他低熔物。由此，就精確描述該澆注料的顯微結(jié)構(gòu)特征，為解釋成分、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系做了準(zhǔn)備。
 
據(jù)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(jié)合的材料。1300℃以下（如果R2O等雜質(zhì)含量很低可提高至1400℃以下）該澆注料具有良好的力學(xué)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(diǎn)，材料軟化、強(qiáng)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(jī)非金屬材料專業(yè)的基礎(chǔ)課程，作用非常重要，特別與數(shù)字圖像分析、電子計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)結(jié)合后具有更加強(qiáng)大的功能。但是，現(xiàn)有硅酸鹽巖相學(xué)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(shù)重新整理、挖掘、提高對硅酸鹽材料科學(xué)的發(fā)展具有很大的意義。
 
細(xì)觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼或放大鏡看到的耐火材料低倍組織的結(jié)合、構(gòu)造特征。


鋁酸鋇水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料的顯微組織
 
如圖1-2所示是鋁酸鎖水泥結(jié)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(xì)骨料，充填在剛玉顆粒之間的白色物質(zhì)是基質(zhì)，黑色部分為孔洞。這些基質(zhì)是由欽水泥和硅灰反應(yīng)生成的鋇長石所結(jié)合的剛玉細(xì)粉所組成的。
 
一般情況下，耐火材料由粗骨料、細(xì)骨料和由細(xì)粉生成的基質(zhì)所組成。粗骨料占據(jù)了耐火材料中大部分體積，起骨架的作用。細(xì)骨料充填在粗顆粒的空隙中起補(bǔ)強(qiáng)的作用。細(xì)粉充填在粗骨料和細(xì)骨料的空隙中，通過高溫作用形成基質(zhì)起到結(jié)合粗細(xì)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(zhì)的侵人，提高材料的密度、強(qiáng)度、高溫體積穩(wěn)定性和抗侵蝕性。
 
耐火材料的宏觀結(jié)構(gòu)即構(gòu)筑窯襯采用的結(jié)構(gòu)。圖1-3顯示了一種用陶瓷鋪固件和耐火澆注料構(gòu)筑平吊頂?shù)姆绞健?br />

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(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)材料的厚度，提高窯襯的隔熱節(jié)能效果。


 
由此可見，改變耐火材料的宏觀結(jié)構(gòu)或改進(jìn)耐火材料的使用維護(hù)，可以顯著減少耐火材料的負(fù)荷，有效延長窯爐壽命，從而能夠通過節(jié)能減排、增產(chǎn)增收，提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。新型干法水泥生產(chǎn)線上的管理人員、技術(shù)人員都可以在此方面做一些有益的工作。