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              剛玉耐火澆注料的概述

              編輯:耐火澆注料   時間:2022-04-19    瀏覽:30   

                     通常將Al2O3含量(質量分數)大于90%的耐火澆注料稱為剛玉耐火澆注料,其主要物相為剛玉,因為剛玉具有熔 點高(2050℃)和抗熔渣侵蝕能力強的特點,使剛玉質澆注料具有較高的耐火度和良好的化學穩定性。剛玉耐火材料的 原料組合有多種形式,例如:

               (1)用白剛玉作骨料和粉料

               (2)用板狀氧化鋁和致密(燒結)氧化鋁作骨料,用致密(燒結)氧化鋁作粉體;

               (3)用亞白剛玉或者棕剛玉作骨料,用致密(燒結)氧化鋁作粉料; 

               (4)用白剛玉和特級礬土熟料作骨料,用白剛玉作粉料等。 

                      為了提高剛玉質耐火澆注料基質的性能,通常用白剛玉粉或者板狀氧化鋁粉作為其粉料。根據剛玉耐火澆注料目 標性能的要求,合理的選擇顆粒分布系數作為配方擬合顆粒配比。結合系統中的活性填料,普遍使用SiO2粉(常稱為 硅灰)或者活性α-Al2O3粉等。

                     根據應用要求,剛玉質耐火澆注料一般可按照含水泥(LCC及UL-CC)或者無水泥(NCC)的組成配制。前者以水泥 或者水泥和活性超微粉并用作為結合劑,而后者則采用活性超微粉作為結合劑。同時添加高效表面活性劑(高效分散劑 和減水劑)以分散結合劑和活性填料,減少用水量。

                     一般來說,剛玉質耐火澆注料中的粉體+活性填料(超微粉)含量(質量分數)為30%~34%。材料品種不同時,其活 性填料用量也會不相同,但活性填料配入量在4%~10%之間。 

                     活性填料的作用機理很復雜,但其根本的作用機理是起填充作用。因為耐火澆注料的粒度級配,堆積密度較大, 而且較致密,但仍然有眾多的孔隙。若用活性填料(超微粉)來填充這些孔隙,便可使孔隙大大減少,從而明顯地降低 耐火澆注料的用水量,使澆注構件或者耐火襯體干燥(烘烤)后留下的氣孔大大地減少。也就是說,在耐火澆注料中配 入活性填料,可降低水量,提高其體積密度,降低氣孔率,常用的有SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉。 

                     α-Al2O3微粉是用工業氧化鋁煅燒后制成的。其特點是分散性好,顆粒小、高溫下易于燒結且體積效應小等。

                     α-Al2O3加入到耐火澆注料中,對其施工性能的影響比較顯著。在澆注料中加入適量的α-Al2O3微粉,一方面在 高溫下其會發生陶瓷化和莫來石化反應,可以提高耐火澆注料的耐火度;另一方面起到微粉的填充作用,降低澆注料的 氣孔率,使澆注料中的結構缺陷減少,提高其強度和抗熔渣侵蝕的能力,改進耐火材料的性能等。同時,氧化鋁微粉 能和水泥顆粒之間進行燒結,起到連接周圍顆粒形成網絡結構的輔助結合作用。α-Al2O3微粉加入量越多,澆注料的 振動流動性就會越小。但當微粉添加量超過一定值時,澆注料的強度也有下降的趨勢。這是因為加入過量的Al2O3 后,除一部分起填充孔隙和減少施工用水量的作用外,剩余的部分優化與澆注料中的水泥反應生成CA2和CA6等,不 但消耗基質中的大量Al2O3,同時還伴有體積膨脹,使澆注料高溫出來后存在結構缺陷,導致強度等性能相應下降。

                    在耐火澆注料中,SiO2微粉可以提高澆注料的常溫、中溫和高溫強度,改善澆注料的流動性和抗熱震性。

                   SiO2微粉對澆注料流動性的影響,如圖1所示。當無定形SiO2顆粒覆蓋在大顆粒表面時,不僅能阻礙較大的顆粒 的團聚現象,而且還能夠在大顆粒之間起到潤滑作用,從而有效地降低大顆粒間的摩擦阻力。因此,在澆注料中加入 SiO2微粉能明顯提高澆注料的流動性。

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                   SiO2微粉在鋁酸鈣水泥水化的過程中能夠避免生成C2AH8,而直接生成鈣黃長石C2ASH8,從而提高澆注料的常溫強度。

                   目前用于耐火澆注料中的SiO2微粉主要有兩種:一種是高純硅石制成的,另一種是生成金屬硅或硅鐵的副產品。這兩種產品均為無定形的非晶質材料。前者呈顆粒狀活性;后者呈中空球狀有活性,不團聚,填充性好。摻入澆注料凝結后,SiO2表面形成硅醇基,經干燥脫水架橋,形成硅氧烷網狀結構,溫度升高不易斷裂,所以可提高澆注料的中溫強度。

                    賈全利等人研究了SiO2微粉含量對剛玉質超低水泥澆注料的燒結性能、高溫強度以及抗熱震性能的影響。研究表明:隨著SiO2微粉含量的增加,經過1100℃燒結后的試樣的顯氣孔率降低,強度升高;1400℃燒結后澆注料樣品的熱態抗折強度增加。這表明SiO2微粉不僅可以促進澆注料的燒結,而且和Al2O3能反應生成莫來石,因為莫來石晶體結構為針狀,其能與剛玉骨料相互穿插,起到增強增韌的作用,從而使澆注料的強度和抗熱震性都能夠得到改善。

                    同時也有研究表明,SiO2微粉能夠填充在顆粒的間隙,明顯降低分散介質所占空間。例如,在合適的SiO2微粉加入范圍內,澆注料中增加2wt%的SiO2微粉就會使加水量減少1wt%。因此,SiO2微粉借助其自身良好的填充性能,降低澆注料的加水量,增加澆注料致密度,從而使耐火澆注料力學性能的提高。

                    在剛玉耐火澆注料中,結合劑、活性填料和添加劑的用量很少,但都是非常重要的相輔相成的三個組成部分,不可缺少。每個組成部分的選擇都成為控制剛玉耐火澆注料流變性能的關鍵因素。選擇的標準是保證相應的剛玉耐火澆注料達到施工性能的要求。這可通過優化添加劑的方法來實現,例如可加入多種添加劑(復合添加劑),每一種添加劑都具有不同的功能,同時也可以加入少量的氧化物耐火材料如Cr2O3、ZrO2等等,以改變剛玉質耐火澆注料的性能。



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