焚燒爐水冷壁用濕法噴涂產(chǎn)品的探索研究
發(fā)布時間：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,焚燒爐爐膛結(jié)構設計不斷創(chuàng)新,重型絕熱焚燒爐設計逐漸改變成膜式水冷壁結(jié)構,包括高溫灰渣侵蝕、氣流沖刷磨損嚴重的二次燃燒區(qū)、前后拱區(qū)、前后斜頂,甚至焚燒爐側(cè)墻等區(qū)域。水冷壁耐火材料設計厚度大約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的不定形耐火材料施工技術,具有效率高、環(huán)保、機械化程度高等特點,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,提高材料的流動泵送性。緩凝劑保證材料有足夠的可泵送時間,避免材料在長時間或意外停止泵送時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性而能夠成型,又能讓已經(jīng)粘附的噴涂料保持一定時間的可塑性,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,研究分散劑、緩凝劑、絮凝劑等外加劑對SiC質(zhì)濕法噴涂產(chǎn)品性能的影響。
1.1 原料
試驗所用原料: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。所用原料的化學組成見表1。
表1 原料的化學組成
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為強堿性
1.2試驗過程
原料按表2的配比進行稱量,混合均勻后備用。分散劑、緩凝劑、絮凝劑等單獨稱量。
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方案如表3、表4和表5所列。
表3 分散劑對噴涂料性能影響的試驗方案
表4 緩凝劑對噴涂料性能影響的試驗方案
表5 絮凝劑對噴涂料性能影響的試驗方案
1.3 性能表征
(1)自流性能
自流流動值是噴涂料泵送性能的一個重要參數(shù),按ASTMC1446-1999標準規(guī)定方法進行測量。
將混合后的干料倒入攪拌機中干混2min,然后加水,攪拌時間合計6min。將攪拌好的濕料每隔40min進行自流值測定(圖1),檢測噴涂料自流值隨時間的變化規(guī)律,直到噴涂料的自流值為0或時間滿120min為止。
圖1 自流值測試示意圖
自流值按計算公式(1),一般認為自流值控制在60%~80%時材料具有更好的流動填充與泵送性能。自流值過小,施工暫時停頓時易出現(xiàn)流動性下降過大,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。
材料的可泵送時間通過調(diào)整緩凝劑的加入量來延長,通過檢測其自流值隨時間的變化關系來判斷噴涂料的可泵送施工時間。
(2)絮凝硬化性能
噴涂過程中,在噴涂料經(jīng)噴涂機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。而材料在硬化絮凝的作用下也需要具有適當?shù)挠不俣?以使襯里能夠即時產(chǎn)生一定的強度,避免噴涂襯里厚度比較大時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,用秒表檢測記錄噴涂料的絮凝時間ti、保持可塑性時間tm、硬化時間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系。隨著加水量的增加,每個配方噴涂料的自流值都逐步增大,但在加水量相同時,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,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,噴涂料自流值均最大,此時分散劑加入量比較適宜。
圖2 分散劑對噴涂料加水量和初始自流值的影響
(2)分散劑對濕法噴涂料的自流值與時間變化關系的影響
噴涂料加水量為7.8%條件下,進一步檢測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間的關系。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間的延長都呈下降的趨勢。其中方案fs-1′在80min時已經(jīng)喪失自流性能,fs-2′、fs-3′在120min時自流性能喪失嚴重?？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 分散劑對噴涂料自流值與時間變化關系的影響
2.2 緩凝劑的影響
當1#分散劑加入量為0.15%、噴涂料加水量為7.8%時,研究緩凝劑不同加入量對自流值與時間關系的影響,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。當緩凝劑加入0.015%時,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致堵管問題的出現(xiàn)。當緩凝劑繼續(xù)加入至0.02%時,其在不同時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%時比較適宜。
圖4 緩凝劑對噴涂料自流值與時間關系的影響
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度,一般稱此時間為硬化時間ty(ty<5h)。
首先,對使用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,進行絮凝硬化攪拌試驗,發(fā)現(xiàn)長時間攪拌后加入3種絮凝劑的噴涂料都無法絮凝,遠遠滿足不了小于5s絮凝要求,噴涂施工時噴涂料無法粘結(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間長、自流值大,有利于泵送,但是無法進行噴涂施工。
對使用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,進行絮凝硬化攪拌試驗。采用絮凝劑B的yh-4′配方噴涂料,其絮凝時間ti比較短,大約在4s左右,可以滿足絮凝時間的要求,但是其保持材料塑性的時間太短(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,其絮凝時間ti比較長(ti≈40s),雖然其絮凝時間較yh-1′、yh-2′、yh-3′的絮凝時間短很多,但仍滿足不了噴涂施工的要求,容易導致噴涂料滑落。采用絮凝劑A的yh-6′配方噴涂料,其絮凝時間ti比較合適(ti≈4s),保持塑性時間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為強堿性鹽,絮凝作用較強;B為弱酸性鹽,絮凝作用較弱;A為弱堿性鹽,絮凝作用適中。
對絮凝劑A做進一步研究。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加入量對絮凝時間ti、保持可塑性時間tm、硬化時間ty的影響關系。從圖5可以看出,隨著絮凝劑加入量遞增,絮凝時間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加入量對噴涂料絮凝時間的影響
圖6示出了絮凝劑A加入量對濕式噴涂料保持塑性時間的影響?？梢钥闯?隨著絮凝劑A加入量遞增,保持塑性時間tm逐漸縮短。絮凝劑A加入量0.3%時,其保持塑性時間(tm=335s)偏短,在實際施工中很容易形成噴涂施工體分層結(jié)構而影響施工體的質(zhì)量
圖6 絮凝劑A加入量對噴涂料保持塑性時間的影響
圖7示出了噴涂料中絮凝劑A加入量與硬化時間的關系。隨著絮凝劑A加入量增大,硬化時間ty由360min、220min、139min遞減。絮凝劑A加入量0.1%時,其硬化時間(ty=360min)過長。
圖7 絮凝劑A加入量對濕式噴涂料硬化時間的影響
綜上分析,絮凝劑A加入量為0.2%時,具有適宜的絮凝時間ti、保持塑性時間tm和硬化時間ty。
結(jié) 論
(1)SiC質(zhì)噴涂料在加水量為7.8%時,1#分散劑加入量為0.15%或2#分散劑加入量為0.05%時,噴涂料自流值均處于60%~80%之間,此時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,2h自流值仍保持在60%左右,滿足可泵送時間要求。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間要求。
(3)本試驗采用的3種絮凝劑對于1#分散劑體系均有絮凝效果,由于酸堿性差異,絮凝時間有所不同;但對于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,具有適宜的可泵送時間(大于2h),且絮凝時間ti=4s、保持塑性時間tm≈10min、硬化時間ty≈3.7h,能夠滿足噴涂施工要求。