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一、摘要：
　　 本文通過對耐磨骨料、耐磨填料、高溫粘結(jié)劑以及耐磨材料的制做工藝的研究——試驗——分析，從理論上解決了低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷的可行性和實踐性，通過這項技術(shù)充分利用了循環(huán)流化床鍋爐燃燒循環(huán)系統(tǒng)的高溫環(huán)境（900—1100℃）進行燒結(jié)，這種變有害為有利，變被動為主動的科學(xué)的逆向思維，具有很高的應(yīng)用價值。利用我們生產(chǎn)的這種耐磨陶瓷材料，采用低溫熔相法燒結(jié)技術(shù)能使搗打方法和預(yù)制磚塊的方法形成整體性、結(jié)晶性，不僅解決了開裂、脫落的問題，而且也大大增加了其耐磨性能，減少了維修工作量、停爐時間和次數(shù)。通過兩年多的使用，其結(jié)果是令人滿意的。
關(guān)鍵詞：
　 熔相法、耐磨骨料、耐磨填料、共熔性、結(jié)晶性、整體性
二、問題的提出
　 眾所周知循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近二十年來迅速發(fā)展起來的一項高效低污染清潔燃燒技術(shù)。國際上這項技術(shù)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物利用等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)在之方面的研究、開發(fā)和應(yīng)用也是方興未艾，已有近千臺循環(huán)流化床鍋爐投入運行或正在制造之中�？梢灶A(yù)見，未來的幾年將是循環(huán)流化床鍋爐飛速發(fā)展的一個重要時期。但是這種鍋爐存在的最大問題是磨損嚴(yán)重，尤其是循環(huán)流化床鍋爐的水冷壁和燃燒循環(huán)系統(tǒng)的磨損更為嚴(yán)重。
1、耐熱金屬材料
　 耐高溫耐磨鑄鋼雖然制做安裝方便，但在高溫工況中（1000℃以上），其耐磨性能大大降低，使用周期短而且造價昂貴。
2、非金屬材料
　 目前在這方面所使用的非金屬材料主要有剛玉磚、碳化硅磚、高鋁磚以及硅酸鹽材料的各種磚和搗打料（澆注料、可塑料）。非金屬材料的顯著特點是既耐高溫又耐磨。一般地說非金屬材料在1000℃ 左右正常使用，其耐磨性能接近于常溫下的耐磨指標(biāo)，是一種既廉價又耐高溫耐磨的理想材料。
　 在國內(nèi)制做方法主要有兩種，其一搗打法（澆注料、可塑料），按一定配方的級配將剛玉砂或碳化硅砂、粉體材料、不銹鋼纖維絲、固化劑和高溫粘結(jié)劑搗打而成，這種方法可以搗打成各種形狀，更適合于不定形制做，采用搗打剛玉的方法是借鑒于高溫玻璃熔窯的施工方法，玻璃熔窯溫度很高，一般都在1450℃以上，因此剛玉、碳化硅搗打料在此長期高溫狀態(tài)下，已形成熔相法燒結(jié)剛玉，整體性、結(jié)晶性能都非常好，可以說與燒結(jié)剛玉磚質(zhì)量不相上下（因為燒結(jié)剛玉磚雖然在1600℃以上高溫下進行燒結(jié)，但它是短時間燒結(jié)，因此整體性、熔相性、結(jié)晶性較差）。所以說在流化床鍋爐的水冷壁以及燃燒循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)溫度一般都在900—1100℃之間，所以剛玉搗打料不可能達到熔相法燒結(jié)，形成不了整體性和結(jié)晶性，僅靠磷酸粘結(jié)劑的粘結(jié)強度是不夠的，尤其在長期高溫下磷酸鹽的粘結(jié)強度將下降到不足30%。因此搗打料（澆注料、可塑料）極易開裂脫落，這也是搗打料在水冷壁上使用的最大問題。其二是定型結(jié)構(gòu)磚 燒結(jié)，即按圖紙加工，用耐熱不銹鋼螺栓進行安裝。優(yōu)點是安裝、維修更換方便，缺點是價格高，尤其當(dāng)剛玉磚存在質(zhì)量問題和不銹鋼螺栓磨損后，剛玉磚掉落到沸騰爐床面上時，將對風(fēng)帽、風(fēng)碗（接管）加速磨損，如不能及時停爐將造成事故。
三、采用低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷
　 鑒于上述存在的問題，我們做了大量的具有針對性的研究工作，如何能使搗打（澆注料、可塑料）方法的耐磨材料或者預(yù)制的磚塊，在900—1100℃之間（也就是在循環(huán)流化床鍋爐膛內(nèi)）能夠進行熔相法燒結(jié)，結(jié)晶成一整體，首先根據(jù)不同材質(zhì)的低溫共熔的屬性，進行了材料的配方和制作工藝的試驗。
1、配方的設(shè)計
　 非金屬材料在不同的環(huán)境下能形成多種晶相，而不同晶相組成的材料其理化性能是千差萬別的，例如金剛石的元素是C，當(dāng)C粉在高溫、高壓和還原氣氛下能生成金剛石晶體，而在常溫、常壓狀態(tài)下生成的石墨，其硬度和耐磨性能是無法和金剛石相提并論的。所以說設(shè)計配方的出發(fā)點是如何能設(shè)計出在900—1100℃之間能形成低溫共熔，又能在結(jié)晶劑的誘導(dǎo)下進行結(jié)晶。我們設(shè)計的主晶相為透輝石（Ca（Mg.Fe）［Si2O6］）和莫來石（3Al2O3.2SiO2)，主要成分為 CaO—MgO— Al2O3—SiO2 系，其中 MgO— Al2O3— SiO2 三元系統(tǒng)相圖中的玻璃形成區(qū)域的含量范圍在Al2O3：5—22%， SiO2：53—68%，MgO：20—42%。在 CaO— Al2O3— SiO2 三元系統(tǒng)相圖中的玻璃形成區(qū)域的含量范圍

 
是 CaO：20—70%， SiO2 ：0—40%，Al2O3：0—45%。以上兩個玻璃形成區(qū)域也分別是低溫共熔區(qū)域，當(dāng)然也是析出透輝石（Ca（Mg.Fe）［Si2O6］）和莫來石（3Al2O3.2SiO2)主晶相區(qū)的化學(xué)組成。為了降低他們玻璃形成區(qū)的液相溫度，我們增加了一定量的堿金屬離子作為助熔劑，再加入晶核劑（結(jié)晶劑）。通過正交試驗篩選出較好的配方組成。對該配方所做的式樣進行理化性能指標(biāo)測試，所得結(jié)果見下表一 ： 表一）

2、制作工藝
　 一副科學(xué)合理的配方故然重要，但如果沒有一個相對應(yīng)的制作工藝也是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。
　 A、耐磨骨料的制作工藝：配料—混合—熔制—核化、保溫—退火—破碎篩分
　 核化保溫：核化保溫是一個重要的工藝手段，這也是在試驗過程中發(fā)現(xiàn)分析后得到的一個成果。核化保溫是為了使耐磨骨料形成均勻致密的“結(jié)晶中心”或者說叫“晶芽”，為以后形成晶體或者說較快形成晶體作準(zhǔn)備；而當(dāng)核化溫度偏高和保溫時間較長時，耐磨骨料較早形成 晶體，這樣不利于或者說不能實現(xiàn)低溫熔相燒結(jié)耐磨陶瓷，因為一旦晶體形成后，它的熔相性 溫度將大大提高，勢必要提高低溫?zé)�結(jié)溫度，也就是說在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)（900—1100℃）不能形成低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷；而當(dāng)核化保溫的溫度偏低和保溫時間較短時，晶核劑不能充分核化生長出“晶芽”，這樣不利于以后的晶體形成從而影響機械強度和耐磨性能。
　 熔制制度： 開始我們對所設(shè)計的配方?jīng)]有進行熔化處理，直接在900—1100℃之間進行燒結(jié)，結(jié)果是不能形成低溫?zé)�結(jié)熔相現(xiàn)象，形成不了熔相性，就不可能形成整體性和結(jié)晶性，不僅強度不高，而且粘接強度僅停留在粘接劑產(chǎn)生的強度基礎(chǔ)，和剛玉搗打料一樣容易開裂、脫落。通過高溫熔化處理，上述問題才得到解決。原因是原料按配方混合在一起，僅僅是固相接觸，不可能是熔相接觸。不能形成熔相接觸，就形成不了“低溫共熔”的狀態(tài)。形成不了“低溫共熔”必然導(dǎo)致燒結(jié)溫度提高甚至達到1500℃才能實現(xiàn)熔相性接觸，顯然達不到解決問題的目的。
　 B、耐磨填料的制作工藝：配料—混合—熔制—退火—破碎—磨細
　 耐磨填料主要是充填在耐磨骨料之間，而且耐磨填料能和固化劑、高溫粘接劑浸潤攪合在一起，從而起到耐磨填料的作用，增加早期的粘結(jié)強度，在高溫?zé)�結(jié)時，首先耐磨填料實現(xiàn)熔相性，排除填料間和固料間的氣體，近一步起到連接骨料間的橋架作用，當(dāng)骨料中的晶體進一步發(fā)育長大時，首先以樹枝狀的“晶芽”趨向熔相后的填料中，逐漸使骨料與填料、骨料與骨料形成一個結(jié)晶的整體性，不僅增加了骨料的強度，更重要的是提高骨料間的整體強度，由初期靠粘結(jié)劑粘結(jié)起來的強度，在低溫熔相法燒結(jié)中，形成了晶體之間的化學(xué)鍵力，這是質(zhì)的飛躍。
　 C 、高溫粘結(jié)劑
　 在粘結(jié)劑的選擇上,我們做的探索不亞于對配方的研究,最終選擇的粘結(jié)劑實際上是對配方的補充,因為我們選擇的粘結(jié)劑不僅僅是它在常溫時起到粘結(jié)作用,而且在低溫熔相燒結(jié)時它又起到助熔劑和礦化劑的的作用,在結(jié)晶過程中它起到了降低晶體周邊的粘度,更加促進了晶體生長。粘結(jié)劑重量的75%都參與熔相燒結(jié)和晶體生長，25%以氣體的形式逸出。3、使用方法：可采用搗打（澆注料、可塑料）法和預(yù)制磚法，同前所述用低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷按圖加工成磚、塊，不需要燒結(jié)，在進行預(yù)制磚安裝時，磚與磚之間用耐磨填料膠泥（填料+粘結(jié)劑拌合而成）進行粘接。在鍋爐使用進行煮爐時，也就是低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷的過程。開始時，先在靠近爐膛（近火面）進行低溫熔相燒結(jié)，隨著使用時間的延長，低溫熔相法燒結(jié)的程度近一步加深使其熔相性、整體性、結(jié)晶性越好。通過在貴州老屋基電廠35噸循環(huán)流化床鍋爐上兩年多的使用，其粘接性能和整體性非常好，用風(fēng)鎬把材料打下來進行化驗分析（其性能指標(biāo)均優(yōu)于我們試驗指標(biāo)，見表一），在靠近水冷壁和中間層發(fā)現(xiàn)有5mm左右的球形晶體的形成，密度增加應(yīng)該是在熔相法的過程中氣體排出，在結(jié)晶過程中趨向最緊密堆積。更為有趣的是在表面形成一層富硅相，可能是靠近火焰溫度高，由熔相性可知，外表面具有一定的粘度，矸石灰主要是富含硅、鈣的物質(zhì)，由低溫共熔原理外表面形成一層富含硅相物質(zhì)層，也增加了耐磨陶瓷的耐磨性。
四、 結(jié)語 ：
　 本項技術(shù)已申請國家專利，并在循環(huán)流化床鍋爐上得到實際應(yīng)用，取得了良好的效果。為了使該項技術(shù)能得到更廣泛的推廣和應(yīng)用，我們利用“低溫熔相法燒結(jié)耐磨陶瓷”技術(shù)，可進行研制生產(chǎn)出功能性陶瓷，根據(jù)不同的環(huán)境和使用目的，可以生產(chǎn)出不同膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的功能性陶瓷。當(dāng)需要作為耐高溫、耐磨損、隔熱材料時，就設(shè)計出導(dǎo)熱系數(shù)小的耐高溫耐磨陶瓷；當(dāng)需要高導(dǎo)熱率時就設(shè)計出耐高溫耐磨的高導(dǎo)熱系數(shù)的高溫耐磨陶瓷。本材料的基礎(chǔ)組成與大多數(shù)的非金屬材料在高溫狀態(tài)下都具有浸潤性和粘接性，因此可作為非金屬材料粘接劑，甚至可以焊接在金屬件上。
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       改進》［M］國家建材局蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院中國玻璃發(fā)展中心主辦