微粉在冶金耐火材料中的應(yīng)用開發(fā)

李江

【摘 要】近年來，隨著我國耐火行業(yè)的不斷發(fā)展，對微粉的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)踐表明，將適量的微粉加入到冶金耐火材料當(dāng)中，能夠使材料的性能獲得顯著改善。為此，有必要加大微粉在冶金耐火材料中的應(yīng)用開發(fā)力度。基于此點(diǎn)，文章首先簡要分析了微粉的特性及其作用機(jī)理，在此基礎(chǔ)上對冶金耐火材料中微粉的應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)ξ⒎墼谝苯鹉突鸩牧现械耐茝V應(yīng)用起到一定的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】微粉 冶金 耐火材料

1微粉的特性及其作用機(jī)理分析

微粉也被稱之為硅微粉，它是一種由天然石英（SiO2）經(jīng)過破碎、球磨等多道工藝制成的超細(xì)粉狀材料，其最為顯著的特點(diǎn)是無毒、無味、無污染。微粉具備以下性能：耐溫性、耐酸堿腐蝕性、高絕緣性、硬度大等等。

1.1微粉的特性

以固體微粉為例，當(dāng)其遭到破碎之后，表面積會(huì)迅速增大，相關(guān)研究結(jié)果表明，微粉的顆粒粒徑變得越小，其表面積增大的幅度就越大，但表面層的質(zhì)點(diǎn)與內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所受周圍離子、分子的相互作用力卻是完全不同的，基于這一前提，表面的質(zhì)點(diǎn)在不平衡作用力的驅(qū)使下，會(huì)與平衡位置發(fā)生一定的偏離，再加上邊角位置處的質(zhì)點(diǎn)逐步縮小，也會(huì)導(dǎo)致表面質(zhì)點(diǎn)位置出現(xiàn)偏離。同時(shí)，當(dāng)機(jī)械的粉碎作用使固體微粉達(dá)到一定粒徑之后，這種作用力并不會(huì)立即停止，而是會(huì)繼續(xù)對表面層進(jìn)行破壞，由此使得固體表面質(zhì)點(diǎn)具備了更高的表面能，進(jìn)而使高比表面積的微粉在燒結(jié)過程中表現(xiàn)出更為顯著的活性，有助于促進(jìn)燒結(jié)過程的完成。

1.2微粉的作用機(jī)理

隨著微粉應(yīng)用領(lǐng)域的逐步拓寬，對它的研究也越來越深入，在對微粉進(jìn)行應(yīng)用的過程中，必須清楚其作用機(jī)理。雖然微粉本身的作用機(jī)理較為復(fù)雜，但它的基本機(jī)理卻比較簡單，即填充與潤滑。微粉能夠填充骨料與粉料之間并不密實(shí)的空隙，從而使用水量大幅度降低，當(dāng)成型體將多余的水分全部排除之后，本體上留存的孔洞會(huì)隨之減少，由此能夠使成型體的體積密度顯著提高，顯氣孔率則會(huì)有所降低，在這一前提下，材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)獲得明顯改善，其性能也會(huì)得到優(yōu)化。此外，當(dāng)微粉粒子與水發(fā)生反應(yīng)后會(huì)形成膠體粒子，如果有分散劑存在，則會(huì)在粒子的表面上形成雙點(diǎn)層的重疊，進(jìn)而產(chǎn)生出靜電斥力，這樣一來，質(zhì)點(diǎn)間的范德華力被有效克服，界面能降低，避免了粒子間的吸附凝聚效應(yīng)。

2冶金耐火材料中微粉的應(yīng)用

在冶金耐火材料生產(chǎn)制造的過程中，應(yīng)用較多的微粉有以下幾種：SiO2（二氧化硅微粉）、Al2O3（氧化鋁微粉）、SiC（碳化硅微粉）、鋯英石微粉等等。雖然微粉在冶金耐材料生產(chǎn)中的加入量相對較少，但其產(chǎn)生出來的效果卻非常明顯。下面本文重點(diǎn)對微粉在不定型和定型耐火材料中的應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行論述。

2.1在不定型冶金耐火材料中的應(yīng)用開發(fā)

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，耐火行業(yè)隨之獲得了長足進(jìn)步，澆注料也在這一前提下得到了發(fā)展，由原本的普通型，發(fā)展為現(xiàn)在的超低水泥型，與之相應(yīng)的結(jié)合劑也從水玻璃、磷酸鹽等發(fā)展為活性微粉和添加劑，從而使得澆注料的性能獲得了顯著提升，其應(yīng)用范圍大幅度拓寬。

（1）SiO2微粉的應(yīng)用。通過對低水泥耐火澆注料進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，在較少水泥用量的基礎(chǔ)上，獲得超高耐火性的關(guān)鍵是微粉與外加劑的使用。微硅粉又被稱之為硅灰，它是鐵合金在冶煉硅鐵和金屬硅時(shí)，熱電爐內(nèi)產(chǎn)生出大量的SiO2和Si氣體排放后于空氣氧化冷凝沉淀后的產(chǎn)物，屬于工業(yè)冶煉中最為典型的副產(chǎn)物之一。SiO2是硅灰的主要成分之一，它的特點(diǎn)是比表面積大、表面能較高、吸水性好且易發(fā)生團(tuán)聚。在耐火澆注料的加工過程中，摻入適量的SiO2微粉及分散劑能夠使其流動(dòng)性獲得顯著提升。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，澆注料的硬化是水泥水化與微粉凝結(jié)的共同作用，微粉的加入量對澆注料的性能及理化指標(biāo)具有顯著的影響，鑒于此，為了進(jìn)一步提升耐火澆注料的性能，除了要優(yōu)選微粉之外，還要確保用量合理。

（2）Al2O3微粉的應(yīng)用。Al2O3微粉除了能夠顯著提升耐火澆注料的性能之外，還對確定高溫條件下耐火澆注料的莫來石化程度具有重要作用。Al2O3與SiO2在1200-1400℃的條件下發(fā)生反應(yīng)會(huì)形成莫來石，其前提是氧化鈣的含量較低，相關(guān)研究結(jié)果表明，莫來石化決定高溫強(qiáng)度的發(fā)展，其能夠使耐火澆注料的高溫?zé)釞C(jī)械性能獲得大幅度提升。不僅如此，Al2O3微粉對耐火澆注料的澆注性能也有著較大的影響，如采用SiO2微粉、鋁酸鹽水泥、添加劑以及活性氧化鋁微粉等，按照用途的不同，配以葉蠟石粉、莫來石粉等，再以硬質(zhì)和輕質(zhì)粘土作為骨料，便可開發(fā)出性能優(yōu)異的低水泥耐火澆注料，具體的產(chǎn)品包括：爐外用冶金噴槍加熱爐用澆注料、加熱爐燒嘴磚等等。由此可見，微粉的應(yīng)用進(jìn)一步增加了產(chǎn)品的種類，其性能也有所提高。

2.2在定型耐火材料中的應(yīng)用

由于微粉表面質(zhì)點(diǎn)具有活化性強(qiáng)的特點(diǎn)，加之其表面缺陷較多，所以能夠有效促進(jìn)燒結(jié)進(jìn)程，并使燒成溫度顯著降低。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，加入的微粉為1-5時(shí)，最能促進(jìn)燒結(jié)過程，加入微粉的作用具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：其一，能夠有效填充空隙，從而使氣孔減小，需要注意的是加入量不得過大，不然會(huì)造成致密性下降；其二，微粉一般都分布于顆粒的邊緣，因其自身所具備的表面活性，所以能在低溫狀態(tài)下與顆粒進(jìn)行良好的結(jié)合，從而使一部分貫通氣孔被封閉，由此能夠顯著提升制品的致密性和強(qiáng)度，并進(jìn)一步促進(jìn)燒結(jié)，試驗(yàn)研究結(jié)果表明，微粉的這個(gè)作用僅在其粒度<5時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。故此，借助微粉的這個(gè)特性將之加入到燒成耐火制品當(dāng)中，能夠有效增強(qiáng)制品的強(qiáng)度和密度。如高鋁礬土和硬質(zhì)粘土熟料作為基料，并加入一定量的石英和Al2O3微粉，便可以使材料自身的抗蠕變性能獲得顯著改善，由此可以開發(fā)出蠕變性較低的粘土磚和高鋁磚制品，此類產(chǎn)品在煉鐵廠的熱風(fēng)爐中應(yīng)用較為廣泛。

3結(jié)語

綜上所述，在冶金耐火材料的開發(fā)中，加入適量的微粉，有助于產(chǎn)品整體性能的提升。本文僅就比較常用的SiO2微粉和Al2O3微粉在冶金耐火材料中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，在未來一段時(shí)期應(yīng)當(dāng)加大對其它微粉在冶金耐火材料中應(yīng)用的研究，針對于冶金耐火材料性能的提高具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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