淺析預(yù)制件生產(chǎn)過程常見問題及改善措施

周 攀

(云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司)

1 前言

預(yù)制件是在傳統(tǒng)不定形耐火材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能材料，就是將傳統(tǒng)的不定形耐火材料澆注后在設(shè)定環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、烘烤，制作完畢后到現(xiàn)場直接安裝。它結(jié)合了不定形制品的形狀多樣性特征和成型制品性能優(yōu)越的特征，比不定形耐火材料性能更好，比定形制品使用起來更具靈活性[1]。預(yù)制件生產(chǎn)工藝相對簡單，但在生產(chǎn)過程中也經(jīng)常會遇到一些問題，本文主要對目前耐材企業(yè)普遍應(yīng)用的立式聯(lián)排模具澆注體生產(chǎn)過程中存在的常見問題及改善措施進(jìn)行探討。

2 預(yù)制件生產(chǎn)常見問題及改善措施

2.1 預(yù)制件生產(chǎn)工藝

預(yù)制件生產(chǎn)工藝是配料、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)、脫模及烘干等工序進(jìn)行見圖1。

圖1 預(yù)制件生產(chǎn)工藝流程

預(yù)制件成型所使用主要設(shè)備為攪拌機(jī)、振動(dòng)臺、干燥器，可以采用平澆和立澆兩種成型模式。為了提高生產(chǎn)效率、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，立式聯(lián)排模具得到了應(yīng)用。一組立式聯(lián)排模具(如圖2) 一次澆注成型可生產(chǎn)澆注體4-6 塊，預(yù)制件外觀質(zhì)量也得到了改善，但立式聯(lián)排模具的使用也對作業(yè)者的操作技能提出了較高的要求。

圖2 立式聯(lián)排模具

2.2 澆注體養(yǎng)護(hù)階段常見問題

(1) 澆注體養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)上漲

澆注體經(jīng)過振動(dòng)成型后，進(jìn)入帶模養(yǎng)護(hù)階段。帶模養(yǎng)護(hù)的目的是為了使?jié)沧Ⅲw達(dá)到脫模所需的強(qiáng)度，以免脫模過程中對澆注體產(chǎn)生損壞。據(jù)觀察，預(yù)制件在養(yǎng)護(hù)階段，立式模具成型的澆注體較容易出現(xiàn)上漲的現(xiàn)象，上漲幅度最大可以達(dá)到其整體高度的1.6 %。澆注體一旦發(fā)生上漲，一方面對產(chǎn)品尺寸造成影響，另一方面澆注體致密度也會受到影響，直接導(dǎo)致不合格品的產(chǎn)生。

經(jīng)過長期觀察，我們認(rèn)為引起澆注體上漲的主要原因有以下三點(diǎn):①硅微粉的理化性能出現(xiàn)波動(dòng)。通常耐火材料行業(yè)使用的微硅粉，是鐵合金在冶煉硅鐵和工業(yè)硅(金屬硅) 時(shí)，礦熱電爐內(nèi)產(chǎn)生出大量揮發(fā)性很強(qiáng)的Si02和Si氣體，氣體排放后與空氣迅速氧化冷凝沉淀而成，因此硅微粉也稱為硅灰或凝聚硅灰。由于硅微粉是鐵合金在冶煉硅鐵和工業(yè)硅(金屬硅) 的收塵粉，在其沒有經(jīng)過均化處理時(shí)，其在化學(xué)組成、作業(yè)性能通常波動(dòng)較大[2]。②混料時(shí)金屬鋁粉沒有混勻或其性能與澆注料的凝固時(shí)間不匹配。常溫下，金屬鋁粉可與水緩慢反應(yīng)放出氫氣[3]，當(dāng)其加入到耐火澆注時(shí)，可使?jié)沧Ⅲw內(nèi)形成排氣通道，防止預(yù)制件烘烤時(shí)水汽排出不暢而炸裂。但是，當(dāng)預(yù)制件成型面已經(jīng)凝固時(shí)，鋁粉與水的反應(yīng)尚未結(jié)束，部分氫氣無法排出而導(dǎo)致物料膨脹。③環(huán)境因素抑或?yàn)榧竟?jié)性因素。立式聯(lián)排模具的使用，使得澆注體的成型面較平面模具相比明顯減少，在干燥的季節(jié)，受環(huán)境的影響，澆注體成型面初凝時(shí)間縮短，不利于澆注體內(nèi)氣體的排出。

(2) 澆注體在養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)鼓脹開裂

據(jù)觀察，澆注體養(yǎng)護(hù)階段會出現(xiàn)鼓脹開裂的現(xiàn)象，用扳手敲擊會發(fā)出空響。破壞澆注體可觀察到澆注體內(nèi)部發(fā)生層裂。這種現(xiàn)象多見于平面澆注成型的預(yù)制件中。澆注體在養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)鼓脹開裂多與金屬鋁粉的粒度有關(guān)。金屬鋁粉在澆注料中反應(yīng)產(chǎn)生氣體的量，反應(yīng)速度與鋁粉的活性、細(xì)度、純度，結(jié)合劑的硬化情況，環(huán)境溫度等工藝因素都有很大關(guān)系。一旦控制不好，極易造成澆注體發(fā)生鼓脹開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。

(3) 澆注體在烘烤階段出現(xiàn)斷裂

原因分析:立式聯(lián)排模具投產(chǎn)初期，體積較大的預(yù)制件烘烤過程中出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象比較集中。耐火澆注料在施工完成后的快速烘烤過程中，其內(nèi)部會產(chǎn)生較高的蒸汽壓和熱應(yīng)力，當(dāng)二者的綜合作用超出澆注料的極限強(qiáng)度時(shí)便會發(fā)生爆裂[5]。有研究表明[6]，試樣在單面加熱爐升溫至800 ℃以上時(shí)，試樣開始發(fā)生爆裂。然而，預(yù)制件的烘烤溫度一般不超過350 ℃。基于此推測澆注體出現(xiàn)斷裂的原因是其在脫模過程中受外力作用產(chǎn)生了隱性裂紋。帶模養(yǎng)護(hù)后的澆注體本身強(qiáng)度很低，使用聯(lián)排模具生產(chǎn)初期，對帶模養(yǎng)護(hù)的時(shí)間掌握不恰當(dāng)，加上脫模難度的增加，導(dǎo)致體積大的澆注體在借助吊車來進(jìn)行脫模時(shí)，在拉力的作用下，澆注體出現(xiàn)隱性裂紋。在烘烤過程中，隨著內(nèi)應(yīng)力的釋放，裂紋會逐漸增大，嚴(yán)重的便產(chǎn)生斷裂。

3 改善措施

3.1 改善澆注體養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)上漲的措施

(1) 把好原料進(jìn)廠關(guān)，作好進(jìn)廠原材料硅微粉理化指標(biāo)的檢測工作，保證硅微粉性能的穩(wěn)定性。

(2) 將外加劑進(jìn)行預(yù)混并適當(dāng)延長干攪拌的時(shí)間，以保證物料混合均勻;控制金屬鋁粉的粒度或調(diào)整促凝劑、緩凝劑的加入比例，使鋁粉的反應(yīng)時(shí)間與預(yù)制件澆注料的凝固時(shí)間相匹配。

(3) 根據(jù)氣候差異，對添加劑的加入量進(jìn)行調(diào)整，提高澆注料的適宜性;通過灑水、加熱等措施調(diào)節(jié)環(huán)境濕度、溫度為澆注體的養(yǎng)護(hù)創(chuàng)造條件。不定形耐火材料的凝固速率，隨結(jié)合劑的不同而不同，隨結(jié)合劑與耐火材料的反應(yīng)性能不同而不同?？赏ㄟ^添加緩凝劑，使得凝結(jié)時(shí)間適當(dāng)延長，讓澆注體內(nèi)的氣體得到充分釋放。

3.2 改善澆注體在養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)鼓脹開裂的措施

有研究表明[4]，加入量相同時(shí)，鋁粉粒度越大，其顆粒數(shù)越少，同一時(shí)刻與料漿接觸的金屬鋁比表面積也越小，反應(yīng)發(fā)氣速率越小，發(fā)氣越平緩，其作為防爆劑應(yīng)用于澆注料中不易產(chǎn)生鼓脹而影響結(jié)構(gòu)性能。金屬鋁粉的發(fā)氣起始時(shí)間隨溫度的升高而有規(guī)律地縮短，而非加水?dāng)嚢韬罅⒓窗l(fā)生發(fā)氣反應(yīng)。25 ℃時(shí)在180 min 開始發(fā)氣，30 ℃時(shí)在105 min 開始發(fā)氣，35 ℃時(shí)在80 min 開始發(fā)氣。掌握這個(gè)規(guī)律，可有效避免因澆注料的初凝時(shí)間與金屬鋁粉發(fā)氣不匹配而給澆注料的防爆裂性或物理性能造成的不利影響。

3.3 澆注體在烘烤后出現(xiàn)斷裂的預(yù)防措施

在生產(chǎn)周期內(nèi)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一定的條件下，若養(yǎng)護(hù)溫度偏低，澆注料中的結(jié)合劑不能發(fā)揮較好的結(jié)合作用，澆注體強(qiáng)度較低;若養(yǎng)護(hù)溫度偏高，澆注料凝固過快，澆注料內(nèi)部的氣體來不及充分排出，澆注體的體積密度下降[7]。為了澆注體擁有較好的脫模強(qiáng)度，保證帶模養(yǎng)護(hù)的溫度和時(shí)間尤為重要。一般情況下，鋁鎂質(zhì)澆注料的養(yǎng)護(hù)溫度控制在60 ℃;鎂質(zhì)澆注料的養(yǎng)護(hù)溫度不宜超過50 ℃;剛玉質(zhì)澆注料的養(yǎng)護(hù)溫度控制在50 ℃為宜。

4 結(jié)論

(1) 控制金屬鋁粉的粒度、合理的促凝劑、緩凝劑是預(yù)防澆注體養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)上漲的重要措施。

(2) 適宜的養(yǎng)護(hù)溫度、時(shí)間是改善澆注體在養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)鼓脹開裂、澆注體在烘烤后出現(xiàn)斷裂的有效措施。