70礬土基均質(zhì)料在耐火澆注料中添加劑的應用研究

夏銀鳳 羅華明 王國飛 趙 燕

（通達耐火技術(shù)股份有限公司，北京 100085）

0 前言

礬土基均質(zhì)料化學成分結(jié)構(gòu)均一、性能穩(wěn)定，主晶相為莫來石，線性變化小，微觀上晶體相互穿插形成具有優(yōu)良的高溫強度，同時又具有一定柔韌性等特點，廣泛地應用于干法水泥窯窯門罩、篦冷機、三次風管、分解爐以及其他陶瓷、石化等熱工窯爐的相關(guān)部位。在我國礬土基耐火材料方面頗有造詣的鐘香崇院士曾多次提及要大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)合成耐火材料。目前國內(nèi)多家大型耐火材料企業(yè)已經(jīng)著手礬土基均質(zhì)料連續(xù)生產(chǎn)線的建設(shè)，預計未來五年內(nèi)，國內(nèi)礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)將達到高峰。盡管如此，對礬土基均質(zhì)料的應用研究還比較滯后，國外除奧鎂、瑞法塔、摩根等企業(yè)外，其他企業(yè)尚未見報道。

隨著水泥窯的日漸大型化，二次風溫越來越高，越來越多的廢棄物被用作燃料，使得水泥窯用耐火材料的要求越發(fā)苛刻，本實驗使用均質(zhì)礬土為原料研發(fā)的新型澆注料能很好地解決這些問題。

1 硅灰的添加量對新型澆注料常溫性能的影響

1.1 實驗

本實驗以陽泉通達高溫材料有限公司生產(chǎn)的70均質(zhì)礬土骨料為主要原料，顆粒與細粉分別占66%和34%（質(zhì)量分數(shù)），研究硅灰的加入量對該澆注料常溫性能的影響，以此確定該新型澆注料硅灰原料的最佳添加量。具體實驗過程是嚴格按配方稱取各原料，分別添加4%、5%、6%、7%的硅灰，加水攪拌3分鐘后在振動臺上振動成型。為避免水量的差異對澆注料強度等性能的影響，故每組實驗加入的水量相同，均為6.5%。試樣帶模養(yǎng)護24h，脫模后濕養(yǎng)護24h、110℃×24h烘干，試塊尺寸為 40 mm×40 mm×160 mm，分別經(jīng) 110℃×24h、1100℃×3h、1400℃×3h的熱處理后測試其常溫強度性能。

1.2 實驗結(jié)果及分析

圖1為硅灰添加量對澆注料抗折強度的影響圖。

圖1 硅灰添加量對澆注料抗折強度的影響

由圖1可以看出，澆注料110℃的抗折強度隨著硅灰添加量的增加變動不大，1100℃的抗折強度在硅灰添加量為6%時有一個最大值，在1400℃高溫下，抗折強度隨硅灰的添加量呈下降的趨勢。經(jīng)分析認為該現(xiàn)象的主要原因是硅灰是一種超微粉呈球形，有活性，填充性能好，高溫下與氧化鋁反應生成莫來石，有利于澆注料強度的提高。

圖2是硅灰添加量對澆注料耐壓強度的影響圖。由圖2可以看出，隨著硅灰添加量的增大，澆注料的耐壓強度有逐漸增大的趨勢。隨著熱處理溫度的升高，試樣中逐漸產(chǎn)生液相，使固相反應能夠順利進行，燒結(jié)充分，使?jié)沧⒘现芯w長大并形成致密的結(jié)構(gòu)，因此高溫1400℃熱處理后的耐壓強度高于中低溫的耐壓強度。但110℃、硅灰添加量為7%時澆注料的耐壓強度下降明顯。

硅灰的添加量并不是越多越好，因為硅灰的添加量越大，在鋁硅體系的澆注料中引入的硅含量越多，使該體系中的鋁硅比小于2.55，澆注料中由原來的剛玉莫來石相變?yōu)槟獊硎⑾?，從而降低澆注料的性能。綜合圖1和圖2分析發(fā)現(xiàn)，在硅灰添加量為6%時，該澆注料的常溫抗折、耐壓強度性能最好，抗折強度均在15 MPa以上，耐壓強度均在100 MPa以上，能很好的滿足水泥窯篦冷機熱端、窯門罩、三次風管等部位的使用需求。

2 水泥添加量對新型澆注料耐磨性能和熱態(tài)強度的影響

2.1 實驗

本實驗主要研究水泥添加量對均質(zhì)莫來石澆注料耐磨和高溫抗折強度的影響。本實驗用水泥為純鋁酸鈣水泥。耐磨試塊的尺寸為100 mm×100 mm×30 mm，經(jīng)1100℃×3h熱處理后按國標GB/T18301-2001耐火材料常溫耐磨性試驗方法測試試樣工作面的耐磨性能。高溫抗折試塊尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，按GB/T3002-2004高溫抗折強度試驗方法，在1250℃的溫度下測試其不預燒高溫抗折強度。

圖3 水泥添加量對澆注料1100℃燒后耐磨性能的影響

2.2 結(jié)果分析與討論

該澆注料主要應用于篦冷機熱端，受水泥熟料及煙氣的沖刷非常嚴重，因此測試該澆注料的耐磨性能十分必要。

由圖3可以看出，該均質(zhì)莫來石澆注料中添加純鋁酸鈣水泥量為4%時，耐磨值最小，耐磨性能最好。

圖4 水泥添加量對澆注料1520℃高溫抗折強度的影響

由圖4可以看出，在水泥添加量為4%時澆注料的高溫抗折強度最高。鋁酸鈣水泥是澆注料常用的結(jié)合劑，水泥水化產(chǎn)物為澆注料提供了常溫強度，但加熱過程中自由水和結(jié)合水的喪失，強度也逐漸喪失，直至燒結(jié)開始，強度又逐漸增強，由于氧化鈣產(chǎn)生的低熔點相（如鈣長石和鈣鋁黃長石）會降低耐火材料的性能，因此水泥的用量不宜過大。

綜合圖3和圖4分析發(fā)現(xiàn)，水泥添加量為4%時該均質(zhì)莫來石澆注料的耐磨和高溫抗折性能最好。

3 結(jié)論

（1）以70均質(zhì)料為骨料研發(fā)了的新型澆注料，主要適用于水泥窯篦冷機熱端、窯門罩、三次風管等部位的新型耐火澆注料。該澆注料已經(jīng)在北京兩家水泥廠窯門罩、篦冷機部位成功試用，使用效果良好。

（2）由于硅灰活性大，有利于燒結(jié)，但使用過多會使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生連續(xù)液相，對強度不利，該澆注料中硅灰的最佳使用量為6%。該澆注料常溫抗折強度15 MPa以上，耐壓強度100 MPa以上，滿足使用要求。

（3）鋁酸鈣水泥雖然能提高澆注料的強度，但其中的鈣在高溫下能形成低熔點的物質(zhì)，對高溫抗折強度不利，該新型均質(zhì)澆注料中鋁酸鈣水泥的最佳添加量為4%。

[1]韓行祿.不定形耐火材料[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]魯有,何憲超.水泥要用耐火材料使用技術(shù)[M].中國建材工業(yè)出版社.