焚燒爐水冷壁用濕法噴涂產(chǎn)品的探索研究
發(fā)布時(shí)間：2021-09-29 13:46:30來源：冠霖環(huán)?？萍?/a>
焚燒爐水冷壁用濕法噴涂產(chǎn)品的探索研究
與此同時(shí),焚燒爐爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新,重型絕熱焚燒爐設(shè)計(jì)逐漸改變成膜式水冷壁結(jié)構(gòu),包括高溫灰渣侵蝕、氣流沖刷磨損嚴(yán)重的二次燃燒區(qū)、前后拱區(qū)、前后斜頂,甚至焚燒爐側(cè)墻等區(qū)域。水冷壁耐火材料設(shè)計(jì)厚度大約70~150mm,選材包括剛玉-莫來石、碳化硅質(zhì)等,采用銷釘或者抓丁錨固方式。目前水冷壁爐墻基本采用澆注料或者可塑料,施工難度大且工期長。濕法噴涂是一種先進(jìn)的不定形耐火材料施工技術(shù),具有效率高、環(huán)保、機(jī)械化程度高等特點(diǎn),與澆注和搗打施工相比,能顯著降低施工難度,縮短施工周期,提高窯爐的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。選擇合適的分散劑、緩凝劑和絮凝劑是濕法噴涂產(chǎn)品良好施工性能的重要保證。分散劑降低材料的加水量,提高材料的流動(dòng)泵送性。緩凝劑保證材料有足夠的可泵送時(shí)間,避免材料在長時(shí)間或意外停止泵送時(shí)過早喪失可泵性而堵管。絮凝劑則保證噴涂料在噴出噴嘴后瞬間失去流動(dòng)性而能夠成型,又能讓已經(jīng)粘附的噴涂料保持一定時(shí)間的可塑性,并使噴涂料施工完畢后具有較快的硬化作用,保證能夠連續(xù)噴涂施工而又不影響噴涂料的最終性能。本文以垃圾焚燒爐水冷壁爐墻用SiC質(zhì)澆注料配方為基礎(chǔ),研究分散劑、緩凝劑、絮凝劑等外加劑對(duì)SiC質(zhì)濕法噴涂產(chǎn)品性能的影響。
1.1 原料
試驗(yàn)所用原料:碳化硅(粒度5~3mm、3~1mm、≤1mm和≤0.074mm)、85均質(zhì)料(粒度5~3mm、3~1mm、≤1mm、≤0.074mm)、氧化鋁微粉(5μm)等。所用原料的化學(xué)組成見表1。
表1 原料的化學(xué)組成
本研究使用的分散劑有兩種:1#分散劑為磷酸鹽類分散劑,2#分散劑為聚羧酸鹽類分散劑;緩凝劑采用弱酸性鹽;使用3種絮凝劑:A為弱堿性,B為弱酸性,C為強(qiáng)堿性
1.2試驗(yàn)過程
原料按表2的配比進(jìn)行稱量,混合均勻后備用。分散劑、緩凝劑、絮凝劑等單獨(dú)稱量。
表2 碳化硅質(zhì)噴涂料配料方案
分散劑、緩凝劑和絮凝劑試驗(yàn)方案如表3、表4和表5所列。
表3 分散劑對(duì)噴涂料性能影響的試驗(yàn)方案
表4 緩凝劑對(duì)噴涂料性能影響的試驗(yàn)方案
表5 絮凝劑對(duì)噴涂料性能影響的試驗(yàn)方案
1.3 性能表征
(1)自流性能
自流流動(dòng)值是噴涂料泵送性能的一個(gè)重要參數(shù),按ASTMC1446-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法進(jìn)行測(cè)量。
將混合后的干料倒入攪拌機(jī)中干混2min,然后加水,攪拌時(shí)間合計(jì)6min。將攪拌好的濕料每隔40min進(jìn)行自流值測(cè)定(圖1),檢測(cè)噴涂料自流值隨時(shí)間的變化規(guī)律,直到噴涂料的自流值為0或時(shí)間滿120min為止。
圖1 自流值測(cè)試示意圖
自流值按計(jì)算公式(1),一般認(rèn)為自流值控制在60%~80%時(shí)材料具有更好的流動(dòng)填充與泵送性能。自流值過小,施工暫時(shí)停頓時(shí)易出現(xiàn)流動(dòng)性下降過大,造成停放堵管;自流值過大,則易產(chǎn)生存放離析,增大泵送阻力造成堵管。一般認(rèn)為其可泵送性能至少能夠保持2h以上。
式中:Di為試樣的初始直徑(為固定值100mm);
Df為自流后試樣平均自流直徑。
材料的可泵送時(shí)間通過調(diào)整緩凝劑的加入量來延長,通過檢測(cè)其自流值隨時(shí)間的變化關(guān)系來判斷噴涂料的可泵送施工時(shí)間。
(2)絮凝硬化性能
噴涂過程中,在噴涂料經(jīng)噴涂機(jī)泵送至管道末端與噴槍頭連接處,用壓縮空氣攜帶液體絮凝劑吹入管道內(nèi),使噴涂料噴射到施工面后能夠快速絮凝失去流動(dòng)性能,粘附于施工面,并且隨著噴涂厚度的增加,材料能夠在絮凝劑的作用下保持一定時(shí)間的泥膏狀,使后續(xù)噴涂料能夠持續(xù)不斷地壓入噴涂層以便致密化成型,避免硬化過快后續(xù)的噴涂料與原有襯里形成分層結(jié)構(gòu)。而材料在硬化絮凝的作用下也需要具有適當(dāng)?shù)挠不俣?以使襯里能夠即時(shí)產(chǎn)生一定的強(qiáng)度,避免噴涂襯里厚度比較大時(shí)在自身重力的作用下坍塌。
將不同種類和劑量的絮凝劑加入到噴涂料中,立刻攪拌,然后觀察噴涂料的絮凝情況、保持可塑性情況和最終硬化情況,用秒表檢測(cè)記錄噴涂料的絮凝時(shí)間ti、保持可塑性時(shí)間tm、硬化時(shí)間ty,判斷噴涂料可噴涂施工的可行性,確定適宜的絮凝劑種類及加入量。
結(jié)果與分析
2.1分散劑的影響
(1)分散劑對(duì)濕法噴涂料加水量和初始自流值的影響
圖2示出了噴涂料加水量與自流值的關(guān)系。隨著加水量的增加,每個(gè)配方噴涂料的自流值都逐步增大,但在加水量相同時(shí),隨著分散劑量的增加,自流值先增大后減小。2#分散劑與1#分散劑呈現(xiàn)類似規(guī)律。在加水量、分散劑加入量均相同時(shí),采用聚羧酸鹽2#分散劑的噴涂料自流值均比采用1#磷酸鹽分散劑的噴涂料自流值大。1#分散劑加入量為0.15%或2#分散劑加入量為0.1%時(shí),噴涂料自流值均最大,此時(shí)分散劑加入量比較適宜。
圖2 分散劑對(duì)噴涂料加水量和初始自流值的影響
(2)分散劑對(duì)濕法噴涂料的自流值與時(shí)間變化關(guān)系的影響
噴涂料加水量為7.8%條件下,進(jìn)一步檢測(cè)了按各配方攪拌好的噴涂料存放0min、40min、80min、120min后的自流值。圖3是噴涂料自流值與時(shí)間的關(guān)系。從圖中可看出,無論是加入1#分散劑或2#分散劑,噴涂料的自流值隨著時(shí)間的延長都呈下降的趨勢(shì)。其中方案fs-1′在80min時(shí)已經(jīng)喪失自流性能,fs-2′、fs-3′在120min時(shí)自流性能喪失嚴(yán)重?？傮w上顯示,加入聚羧酸鹽2#分散劑的fs-4′、fs-5′、fs-6′噴涂料其放置后自流值下降速度較加入磷酸鹽1#分散劑的緩慢,并且在放置120min后還保持較高的自流值。
圖3 分散劑對(duì)噴涂料自流值與時(shí)間變化關(guān)系的影響
2.2 緩凝劑的影響
當(dāng)1#分散劑加入量為0.15%、噴涂料加水量為7.8%時(shí),研究緩凝劑不同加入量對(duì)自流值與時(shí)間關(guān)系的影響,結(jié)果如圖4所示。隨著緩凝劑加入量的增大,0min時(shí)初始自流值稍微有些增大,但40min、80min、120min的自流值下降幅度卻逐漸減少。當(dāng)緩凝劑加入0.015%時(shí),120min的自流值仍保持在60%左右,一般能夠避免在泵送噴涂施工中因意外事故的中止導(dǎo)致堵管問題的出現(xiàn)。當(dāng)緩凝劑繼續(xù)加入至0.02%時(shí),其在不同時(shí)間段自流值稍有提升,但意義不大。因此,緩凝劑加入量為0.015%時(shí)比較適宜。
圖4 緩凝劑對(duì)噴涂料自流值與時(shí)間關(guān)系的影響
2.3 絮凝劑的影響
在襯里噴涂施工完成后,絮凝劑不能影響噴涂料的最終硬化性能,一般在噴涂施工后3~5h內(nèi)襯里有較高的硬化強(qiáng)度,一般稱此時(shí)間為硬化時(shí)間ty(ty<5h)。
首先,對(duì)使用2#分散劑的yh-1′、yh-2′、yh-3′配方分別加入0.2%的絮凝劑A、絮凝劑B和絮凝劑C,進(jìn)行絮凝硬化攪拌試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)長時(shí)間攪拌后加入3種絮凝劑的噴涂料都無法絮凝,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了小于5s絮凝要求,噴涂施工時(shí)噴涂料無法粘結(jié)施工面而滑落。這說明使用2#分散劑的噴涂料,雖然其自流值保持時(shí)間長、自流值大,有利于泵送,但是無法進(jìn)行噴涂施工。
對(duì)使用1#分散劑的yh-4′、yh-5′、yh-6′噴涂料配方分別加入0.2%的絮凝劑A、絮凝劑B、絮凝劑C,進(jìn)行絮凝硬化攪拌試驗(yàn)。采用絮凝劑B的yh-4′配方噴涂料,其絮凝時(shí)間ti比較短,大約在4s左右,可以滿足絮凝時(shí)間的要求,但是其保持材料塑性的時(shí)間太短(tm≈30s),材料很快就失去了塑性而變硬,無法滿足連續(xù)噴涂施工的要求。采用絮凝劑C的yh-5′配方噴涂料,其絮凝時(shí)間ti比較長(ti≈40s),雖然其絮凝時(shí)間較yh-1′、yh-2′、yh-3′的絮凝時(shí)間短很多,但仍滿足不了噴涂施工的要求,容易導(dǎo)致噴涂料滑落。采用絮凝劑A的yh-6′配方噴涂料,其絮凝時(shí)間ti比較合適(ti≈4s),保持塑性時(shí)間tm也比較合適(tm≈10min),能噴涂粘附,保證連續(xù)噴涂施工。
絮凝劑的作用主要是加速噴涂料水泥水化,根據(jù)3種絮凝劑特性可知:C為強(qiáng)堿性鹽,絮凝作用較強(qiáng);B為弱酸性鹽,絮凝作用較弱;A為弱堿性鹽,絮凝作用適中。
對(duì)絮凝劑A做進(jìn)一步研究。yh-7′、yh-6′、yh-配方絮凝劑A加入量分別為0.1%、0.2%、0.3%,研究了絮凝劑A加入量對(duì)絮凝時(shí)間ti、保持可塑性時(shí)間tm、硬化時(shí)間ty的影響關(guān)系。從圖5可以看出,隨著絮凝劑加入量遞增,絮凝時(shí)間ti由7s、4s、2s遞減,絮凝效果理想,噴涂料很快絮凝變得黏稠,粘附性較好
圖5 絮凝劑A加入量對(duì)噴涂料絮凝時(shí)間的影響
圖6示出了絮凝劑A加入量對(duì)濕式噴涂料保持塑性時(shí)間的影響?？梢钥闯?隨著絮凝劑A加入量遞增,保持塑性時(shí)間tm逐漸縮短。絮凝劑A加入量0.3%時(shí),其保持塑性時(shí)間(tm=335s)偏短,在實(shí)際施工中很容易形成噴涂施工體分層結(jié)構(gòu)而影響施工體的質(zhì)量
圖6 絮凝劑A加入量對(duì)噴涂料保持塑性時(shí)間的影響
圖7示出了噴涂料中絮凝劑A加入量與硬化時(shí)間的關(guān)系。隨著絮凝劑A加入量增大,硬化時(shí)間ty由360min、220min、139min遞減。絮凝劑A加入量0.1%時(shí),其硬化時(shí)間(ty=360min)過長。
圖7 絮凝劑A加入量對(duì)濕式噴涂料硬化時(shí)間的影響
綜上分析,絮凝劑A加入量為0.2%時(shí),具有適宜的絮凝時(shí)間ti、保持塑性時(shí)間tm和硬化時(shí)間ty。
結(jié) 論
(1)SiC質(zhì)噴涂料在加水量為7.8%時(shí),1#分散劑加入量為0.15%或2#分散劑加入量為0.05%時(shí),噴涂料自流值均處于60%~80%之間,此時(shí)分散劑加入量比較適宜。
(2)添加1#分散劑的噴涂料,緩凝劑加入量為0.015%時(shí),2h自流值仍保持在60%左右,滿足可泵送時(shí)間要求。2#分散劑本身具有很好的緩凝效果,不需要添加緩凝劑就能滿足可泵送時(shí)間要求。
(3)本試驗(yàn)采用的3種絮凝劑對(duì)于1#分散劑體系均有絮凝效果,由于酸堿性差異,絮凝時(shí)間有所不同;但對(duì)于2#分散劑均沒有絮凝作用,因而2#分散劑不滿足本次噴涂要求。
(4)添加0.15%1#分散劑和0.015%緩凝劑的噴涂料,加入0.2%絮凝劑A時(shí),具有適宜的可泵送時(shí)間(大于2h),且絮凝時(shí)間ti=4s、保持塑性時(shí)間tm≈10min、硬化時(shí)間ty≈3.7h,能夠滿足噴涂施工要求。