耐堿澆注料性能

水泥窯的預熱器系統(tǒng)、預分解爐、上升煙道和三次風管等部位溫度在800~1200℃之間，這些部位由于窯氣中堿的富集，所用材料在遭受堿侵蝕時，容易在磚內形成白榴石(KAlSiO4、鉀霞石(KAlSi2O6)等膨脹礦物量,使材料結構疏松、開裂，嚴重影響了窯的操作。針對不適用定形磚的部位通常使用性能優(yōu)異的耐堿澆注料作為窯爐內襯。耐堿澆注料是以硅鋁質材料為原料，以鋁酸鹽水泥作結合劑，摻入適當外加劑配制成的具有耐堿性的水硬性澆注料。耐堿澆注料與堿蒸氣接觸時，在高溫條件下表面能形成一層致密的釉面層，可阻止侵蝕繼續(xù)加深，從而提高窯爐內襯的使用壽命。水泥和硅微粉是耐火澆注料的主要原材料,其加入量對材料的常溫及高溫性能有較大的影響。在本研究中以建筑陶瓷為主要原料，系統(tǒng)地研究了水泥和硅微粉的加入量對耐堿澆注料性能的影響，并對試樣顯微結構進行了分析。

試驗

一

1.1試驗原料

試驗中的建筑陶瓷采用五級顆粒級配，即8~5mm、5~3mm、3~1mm、1-0mm及粒度不大于200目的細粉，其他原材料包括硅微粉、氧化鋁粉、鋁酸鈣水泥、減水劑等，主要原料的化學量成見表1。

1.2試驗方法和性能檢測

保持骨料和基質的質量比為64:36不變，改變基質的配比，按照配比準確稱量所需原料，倒入攪拌機中混合均勻后，加適量水攪拌3分鐘，然后倒入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)模中振動成型。試樣室溫養(yǎng)護72h后，在110℃條件下干燥24h,干燥后部分試樣分別經過1100℃保溫3h燒成。

結果與討論

二

1鋁酸鈣水泥加入量對澆注料性能的影響

鋁酸鈣水泥加入量對110℃，24h及1100℃，3h熱處理后的試樣常溫性能的影響見圖1~3所示。從圖中可以看出110℃，24h處理后試樣的常溫強度隨著水泥加入量的增加而增加，而1100℃,3h熱處理后試樣的常溫強度隨著水泥加入量的增加，出現先增加后降低的趨勢。1100℃,3h熱處理后試樣的加熱永久線變化隨著水泥加入量的增加而收縮率增加。在配方設計中，鋁酸鈣水泥加入最的增加通過降低建筑陶瓷200目細粉的方式來進行，在硅微粉加入量一定的情況下，試樣的強度變化主要來自水泥加入量的變化，水泥加入量的增加生成了更多的水化產物，并起到結合作用，同時也填充了試樣中的氣孔，引起試樣的致密度和強度增加。

經過1100℃,3h熱處理后,鋁酸鈣水泥在常溫下形成的部分水化產物由于結構水的脫除而被破壞，失去結合作用。水泥加入量不超過8%的情況下，試樣常溫強度的增加主要是由于水泥粒度比建筑陶瓷細粉小，反應活性大，強度大部分靠燒結產生。在試驗條件下，當水泥加入量超過8%吋,水泥中的CaO會與基質中的A12O3和SiO2反應生成低共熔物，高溫時形成了較多的液相以及水泥膠體失水收縮并產生裂紋，從而導致強度有所降低。因此低共熔物的生成是1100℃，3h熱處理后試樣的加熱永久線變化隨水泥加入量的增加而增加的主要原因。

此外建筑陶瓷原料表面含有一定的釉料成分，這些釉料成分熔融溫度較低，更容易在燒結過程中形成液相，液相的形成一方面有助于促進結構的致密化，起到密封和提高耐堿性作用，一方面液相形成主要在骨料顆粒表面和基質中，增大了基質與骨料間的結合性能，這在加強澆注料的骨料和基質整體化效果的同時，造成澆注料常溫韌性降低，脆性增加，特別是對于澆注料這種內部不均一結構，強度對各種缺陷、裂紋等因素變得十分敏感，這也會對強度產生影響。綜合考慮鋁酸鈣水泥的加入量在7%~8%左右。

2硅微粉加入量對澆注料性能的影響

在鋁酸鈣水泥加入量為7.5%的條件下，硅微粉加入量對110℃，24h及1100℃，3h熱處理后試樣常溫件能的影響見圖4~6。

從圖中可看出，隨著硅微粉加入量的增加，不同溫度熱處理后試樣的抗折和抗壓強度均有所提高，但趨勢不明顯,且試樣的線收縮率也隨之增大。硅微粉是在冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時產生的SiO2和Si氣體與空氣中的氧氣迅速產生氣相反應并冷凝而形成的一種超細粉體材料，表面活性高，水化后能夠起到類似硅溶膠的結合作用，從而提供一定的強度，使試樣在不同溫度熱處理后的強度均提高。硅微粉能較好地填充骨料與基質之間的空隙，使試樣的混合用水量降低，提高耐堿澆注料的致密度。硅微粉具有充填和促進燒結作用，與適當的分散劑共同使用時,只需要少量的水，就可使?jié)沧⒘嫌休^好的流變性，并提高耐堿澆注料的高溫強度。試驗方案中硅微粉加入量的增加通過采用降低建筑陶瓷200目細粉的方式來進行，硅微粉在高溫下的反應活性比建筑陶瓷細粉大很多，因此硅微粉加入量增大會造成度樣的燒后收縮率增加。硅微粉加入量太少，不足以提高耐堿澆注料的強度，硅微粉加入量太高，易產生裂紋，影響澆注料的高溫體積穩(wěn)定性。綜合分析硅微粉加入量以5%~6%為宜。

3顯微結構分析

采用鋁酸鈣水泥加入量為7.5%和硅微粉加入量為5%所制備的試樣經1100℃,3h熱處理后，斷面顯微結構如圖7所示。

從圖中可以看出，試樣中還存在一定的微氣孔分布，骨料與基質之間的結合牢固，此種結構主要產生貫穿顆粒的穿晶斷裂，對提高強度十分有利。骨料顆粒形狀主要為片狀，這與所用原材料建筑陶瓷的來源、成型方式以及破碎加工過程有關，片狀不利于澆注料流動性的提高?；|部分引入的硅微粉與氧化鋁粉反生成柱狀或針狀莫來石，晶粒之間的結合強度較高,并穿插或填充在骨架結構的空隙中，莫來石發(fā)育過程中形成的網絡結構能夠起到顯著的強化和韌化作用。基質部分還存在一定的玻璃相，玻璃相對于提髙澆注料的致密度和耐喊性比較有利，其一方面來自建筑陶瓷中的釉料成分，另一方面來自基質中低共熔物的生成。

結論

(1)試樣經110 ℃,24h和1100℃,3h處理后的常溫強度變化與鋁酸鈣水泥的加入量有關,水泥加入量增加會引起試樣中高溫下的低共熔物增多，同時造成加入永久線變化率的增大。在試驗條件下鋁酸鈣水泥的加入量在7~8%左右。

(2)硅微粉的加入能夠起到降低加水量，提髙澆注料的致密性和強度的作用。在試驗條件下硅微粉的加入量以5%~6%為宜。

(3)試樣經1100 ℃，3 h處理后的試樣中骨料和基質結合牢固，基質中存在莫來石化和低共熔物生成的雙重反應。