礬土基均質(zhì)料在水泥窯用高鋁高強耐火澆注料中的應(yīng)用研究

陳慶帥 羅華明

（通達耐火技術(shù)股份有限公司，北京 100085）

高鋁礬土作為重要的耐火材料，在耐火材料發(fā)展中一直起著重要的作用。我國高鋁礬土資源儲量豐富，現(xiàn)已探明在25億噸左右，是耐火原料工業(yè)的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。近年來，由于我國高鋁礬土資源開采無序，且經(jīng)常是采富礦、棄貧礦，導(dǎo)致高鋁礬土資源保有儲量急劇下降，甚至是在高鋁礬土資源豐富的地區(qū)一度出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高鋁礬土供需緊張的局面。為了緩和這種局面，我國許多耐火材料方面的專家經(jīng)過多年研究探索認(rèn)為，發(fā)展鋁礬土均質(zhì)料將是一條最優(yōu)越的途徑。為了順應(yīng)形勢發(fā)展，陽泉金隅通達高溫材料有限公司利用山西陽泉地區(qū)中低品位礬土及碎料合成了Al2O3含量在50%～90%的系列礬土基均質(zhì)料。

以Al2O3含量在80%左右的礬土基均質(zhì)料與Al2O3含量在85%左右的高鋁礬土熟料為骨料，制備出大型干法水泥窯用高鋁高強耐火澆注料，通過對比這兩種耐火澆注料的物理性能，試圖找到礬土基均質(zhì)料對高鋁高強澆注料的影響，為礬土基均質(zhì)料應(yīng)用于水泥窯體系耐火澆注料工業(yè)化的系統(tǒng)應(yīng)用提供強有力的依據(jù)。

1 試驗

1.1 兩種鋁礬土骨料性能

試驗所用礬土基均化料和礬土熟料均為山西產(chǎn)鋁礬土試樣。其理化性能見表1。

表1 兩種礬土試樣理化指標(biāo)

分別將上述礬土試樣破碎后， 按 8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm及1～0 mm進行分級，分別稱取分級后的礬土原料，為后續(xù)配置高鋁高強澆注料做準(zhǔn)備。

1.2 試驗過程

分別利用上述兩種礬土原料作為骨料，以礬土基均質(zhì)粉、硅微粉、焦寶石微粉和鋁酸鹽水泥為細粉基質(zhì)料添加部分減水劑作為預(yù)混粉料，其細粉基質(zhì)料主要化學(xué)組成見表2。

表2 實驗細粉主要化學(xué)組成（w/%）

保持基質(zhì)粉料不變，將上述兩種礬土骨料按表3進行配比。

表3 實驗骨料配比（w/%）

按照表2、3所示水泥窯用高鋁高強澆注料的配方，分別配制兩種高鋁高強耐火澆注料。將配制好的澆注料放在強制攪拌罐中，先預(yù)混1～2 min，待攪拌均勻后，再加入適量的水進行濕混，待攪拌均勻后，振動澆注成型為160 mm×40 mm×40 mm、65mm×114 mm×230mm及直徑為50 mm、高50 mm的試樣。保濕條件下養(yǎng)護24h后脫模，恒溫恒濕箱內(nèi)養(yǎng)護24h后，再在110℃烘箱中24h烘干后留樣備用。

1.3 試樣檢測

上述試樣一部分按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試其體積密度、荷重軟化溫度、常溫抗折強度及常溫耐壓強度。同時一部分經(jīng)1100℃×3 h熱處理后，分別測試其常溫抗折強度、常溫耐壓強度、體積密度、變化率及抗熱震等性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 常溫物理性能分析

分別測定以兩種骨料做的高鋁高強耐火澆注料試樣樣品在常溫脫模、110℃及1100℃時抗折強度，其二者抗折強度對比見圖1，耐壓強度對比見圖2。

圖1 A、B試樣不同溫度抗折強度對比

圖2 A、B試樣不同溫度耐壓強度對比

從圖1分析知，在預(yù)混粉料相同的情況下，以礬土基均質(zhì)料為骨料的B試樣的抗折、耐壓強度，無論是常溫脫模、110℃及1100℃時，均略優(yōu)于以礬土熟料為骨料的A試樣。分析原因可能是B試樣在常溫中預(yù)混粉料和骨料之間結(jié)合更加緊密，而A試樣在常溫中預(yù)混粉料和骨料結(jié)合不如以礬土基均質(zhì)料為骨料的B試樣結(jié)合更加緊密。隨著熱處理溫度的升高以礬土基均質(zhì)料為骨料的B試樣其燒結(jié)過程中預(yù)混粉料所形成的莫來石相和以莫來石相為主晶相的礬土基均質(zhì)料更加緊密的結(jié)合在一起。而礬土熟料因其極其容易由于雜質(zhì)富集等現(xiàn)象容易形成“短板效應(yīng)”，造成以礬土熟料為骨料的A試樣與預(yù)混粉料結(jié)合不牢固，導(dǎo)致其經(jīng)過熱處理后抗折、耐壓強度不如B試樣。

2.2 高溫物理性能分析

A、B試樣樣品在高溫下或者經(jīng)高溫處理后的一些物理性能指標(biāo)見表4。

表4 A、B試樣樣品高溫或高溫處理后物理性能指標(biāo)

分析表4中的數(shù)據(jù)表明，以礬土基均質(zhì)料為骨料的高鋁澆注料B試樣的高溫下性能指標(biāo)要優(yōu)于以礬土熟料為骨料的高鋁澆注料A試樣。由于澆注料骨料體密存在一定的差異，造成以礬土熟料為骨料的試樣A的體積密度大于以礬土基均質(zhì)料為骨料的試樣B的體積密度。其優(yōu)點在于，高鋁澆注料其它性能不變或有所增加改善情況下，適當(dāng)降低澆注料的體積密度可以減輕在實際應(yīng)用中水泥窯設(shè)備襯里用料的重量和用量。

從微觀上解釋B試樣高溫性能優(yōu)于A試樣性能的原因主要是因為:高溫下基質(zhì)中的莫來石相和以莫來石相為主晶相的礬土基均質(zhì)料很好的結(jié)合在一起，隨著溫度的提高，結(jié)合程度更緊密，性能更加優(yōu)越。

通過上述分析可以肯定:在相同預(yù)混粉料情況下，基質(zhì)與礬土基均質(zhì)料結(jié)合更加緊密、更加牢固。從性能上分析來看，使用礬土基均質(zhì)料做骨料可大大提高水泥窯用高鋁高強澆注料的使用壽命。這充分證明礬土基均質(zhì)料的均一穩(wěn)定性能更加適用于水泥窯用高鋁高強耐火澆注料中，甚者更高級別的水泥窯用耐火澆注料中。

3 結(jié)論

（1）礬土基均質(zhì)料在理化性能上相對不占優(yōu)的情況下，以礬土基均質(zhì)料為骨料制備的高鋁高強耐火澆注料，其性能略優(yōu)于以礬土熟料為骨料的高鋁高強耐火澆注料性能。

（2）由于礬土基均質(zhì)料性能均一、致密、穩(wěn)定等特點，使得以礬土基均質(zhì)料為骨料的高鋁高強耐火澆注料在實際應(yīng)用上性能更加優(yōu)越。

（3）為礬土基均質(zhì)料應(yīng)用于其它級別耐火材料的開發(fā)應(yīng)用與研究提供有力參考。

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