耐火澆注料

檢 驗(yàn) 結(jié) 果

1 、引言
　　 最近十幾年，耐火澆注料取代耐火磚的趨勢持續(xù)增加，特別是低水泥澆注料，因其具有優(yōu)異的流動性能和物理性能，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。最初的耐火澆注料僅由水泥和骨料組成，隨后又以優(yōu)化澆注料的性能，如施工性能和可施工時(shí)間等為目的，又加入了反絮凝劑和細(xì)骨料。
　　 為了配制自流澆注料，其組成和骨料系統(tǒng)的顆粒級配必須仔細(xì)的選擇，因?yàn)轭w粒級配是影響澆注料流變性能最重要因素之一。
　　 文中用 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之間的 Andreassen 模型來評價(jià)顆粒的堆積行為，用流動性試驗(yàn)中的流動錐和流動面來測定其流動性，目的在于研究顆粒級配、燒成溫度、鋁酸鹽骨料類型和其它參數(shù)對自流澆注料流變性和物理性能的影響。

2 、實(shí)驗(yàn)過程

2 ． 1 原料和混合料
　　 混合料由板狀剛玉、白剛玉、棕剛玉、煅燒鋁礬土、煅燒氧化鋁、活性氧化鋁、硅微粉和高鋁水泥組成。原料的基本化學(xué)組成列于表 1 ，并用 Philips PW 3710 型 X 熒光衍射儀分析其巖相組成。

表 1 原料的典型化學(xué)組成

制備不同顆粒級配的澆注料試樣，其顆粒級配按 Andreassen 模型中 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之間進(jìn)行配制。

式中： CPF T — 顆粒累計(jì)百分?jǐn)?shù)； D —使用的顆粒最大直徑； d —顆粒直徑； n —顆粒級配參數(shù)。

2 ． 2 試樣制備
　　 所有骨料系統(tǒng)的成分在 Hobar 混料機(jī)中干混 lmin ，然后加水濕混 4min ，直到具有流動性能。一部分澆注料用來做流動性測試，另一部分倒入模具中，不經(jīng)過振動，制成 5 0 ㎜× 5 0 ㎜× 5 0 ㎜ 的試樣，脫模后，試樣在常溫下養(yǎng)護(hù) 24h ，然后在 110 ℃ 干燥 18h ，分別在 1100 ℃ 、 1300 ℃ 、 1500 ℃ 的溫度下燒成，保溫 5h 。
　　 為了衡量澆注料的流動性能，進(jìn)行流動性試驗(yàn) C230 的測試。此實(shí)驗(yàn)包括一個(gè)流動錐和一個(gè)流動桌面。流動錐外徑 70mm 、內(nèi)徑 100mm 、高度 70mm ?；旌虾螅饘倌＞咧刑顫M自流澆注料，在不經(jīng)過振動的情況下被提起。 10min 后，測量的澆注料在桌面上的擴(kuò)展直徑，就是澆注料的流動值。試樣的顯氣孔率和體積密度用水浸法 (DIN51056) 進(jìn)行測定。

3 、結(jié)果和討論

3 ． 1 顆粒級配的影響
圖 1 示出了 Andreassen 方程中 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之間變化時(shí)，用板狀剛玉作骨料，不同顆粒級配的澆注料流動值變化的對比關(guān)系。

圖 1 不同顆粒級配參數(shù)下自流值的變化對比

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， n 值為 0.23 時(shí)，澆注料的流動性最好，大概在此值下，顆粒之間的摩擦很小，顆粒堆積很致密，。調(diào)整顆粒級配是獲得自流性能首要考慮的因素，那么選擇參數(shù) n 值為 0.23 的顆粒級配，能獲得滿意的結(jié)果。

3 ． 2 燒成溫度的影響
3 ． 2 ． 1 常溫耐壓強(qiáng)度
　　 在 11 0 ℃ 下干燥 18h 之后的澆注料試樣，分別在 1100 ℃ 、 1300 ℃ 、 1500 ℃ 下燒成，并保溫 5h ，然后測定其耐壓強(qiáng)度。燒成溫度對 n 值為 0.23 的澆注料耐壓強(qiáng)度的影響如圖 2 所示。

圖 2 n=0.23 時(shí)燒成溫度對常溫耐壓強(qiáng)度的影響

　　當(dāng)骨料系統(tǒng)與水反應(yīng)后形成水合相，而水合相反過來減少了澆注料的強(qiáng)度。通過燒成，產(chǎn)生了燒結(jié)和顆粒之間的陶瓷結(jié)合，促進(jìn)了澆注料強(qiáng)度的增加。
　　 因此，圖 2 表明，燒成溫度提高時(shí)，試樣的耐壓強(qiáng)度也隨之提高。在 1100 ℃ 燒成之后，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生剛玉相 (α-A1 2 O 3 ) 、鈣斜長石，和莫來石相。剛玉和莫來石有助于澆注料強(qiáng)度的增加。當(dāng)燒成溫度增加到 1300 ℃ ，除產(chǎn)生以上的晶相外，還產(chǎn)生 CA 6 相，它能抑制鈣斜長石的生成。 150 0 ℃ 燒成之后，發(fā)現(xiàn)剛玉、鈣斜長石、莫來石和六鋁酸鈣相都存在，而鈣斜長石相進(jìn)一步減少了。

3 ． 2 ． 2 顯氣孔率
　　 圖 3 示出了燒成溫度對 n 為 0.23 的澆注料顯氣孔率的影響。燒成溫度初始增加時(shí)，顯氣孔率也隨之增加，但是當(dāng)燒成溫度增加到 1500 ℃ 時(shí)，顯氣孔率開始出現(xiàn)降低，這可以解釋為高溫下細(xì)骨料熔融，因而使結(jié)構(gòu)中的氣孔封閉。

圖 3 當(dāng) n=0.23 時(shí)燒成溫度對顯氣孔率的影響

3 ． 3 試樣中不同氧化鋁原料的影響
　　 表 2 示出了用不同氧化鋁作原料時(shí)制備的樣塊的性能。 n 為 0.23 的澆注料用板狀剛玉作原料時(shí)，自流性能似乎最理想。也可以說，白剛玉和棕剛玉可作為生產(chǎn)自流澆注料的替代原料。然而澆注料用煅燒鋁礬土?xí)r，要獲得好的流動性能，振動是很必要的。

表 2 n=0.23 時(shí)用不同類型的剛玉原料制得的澆注料的性能

3 ． 4 硅微粉的影晌
3 ． 4 ． 1 流動直徑
　　 硅微粉的加入量對 n 為 0.23 的澆注料流動直徑的影響如圖 4 所示。

圖 4 硅微粉含量對澆注料自流直徑的影響

　　由圖可見，隨著硅微粉含量的增加，流動直徑增大。當(dāng)硅微粉量增加到 12 ％時(shí)，流動直徑反而降低。在此類澆注料系統(tǒng)中，如果增加細(xì)粉和超細(xì)粉的用量，就會產(chǎn)生絮凝趨勢，這種作用反而會引起流動性能的降低。在澆注料中引入硅微粉，能改善顆粒的堆積形態(tài)，減少加水量，填充結(jié)構(gòu)內(nèi)間隙而降低氣孔率并使其具有適宜的機(jī)械強(qiáng)度。

3 ． 4 ． 2 顯氣孔率
　　 圖 5 示出了硅微粉加入量對 n 為 0.23 自流澆注料顯氣孔率的影響。
　　 硅微粉以其等軸和超細(xì)粉形態(tài)，填充結(jié)構(gòu)內(nèi)的間隙而引起澆注料的顯氣孔率降低。

圖 5 硅微粉對澆注料顯氣孔率的影響

3 ． 5 煅燒氧化鋁的影響
　　 圖 6 示出煅燒氧化鋁含量對自流澆注料流動性的影響。
　　 隨著煅燒氧化鋁含量增加，澆注料的流動性隨之增加，但是正如上面提到的一樣，加入量繼續(xù)增加時(shí)，也會產(chǎn)生絮凝作用。

3 ． 6 顯微結(jié)構(gòu)分析
3 ． 6 ． 1 不同燒成溫度下的顯微結(jié)構(gòu)
　　 圖 7(a) 是板狀剛玉質(zhì)自流澆注料在 110 0 ℃ 燒后的顯微結(jié)構(gòu)照片，基質(zhì)的主要部分是剛玉 (α-A1 2 O 3 ) 相，鈣斜長石 (CAS) 廣泛分布于液態(tài)結(jié)合相中，結(jié)構(gòu)中還可見到氧化鋁和硅微粉形成的莫來石晶相。除此之外，顯微結(jié)構(gòu)中還見到水泥顆粒、晶坯和起泡現(xiàn)象。 1300 ℃ 燒后的顯微結(jié)構(gòu)示于圖 7(b) ，產(chǎn)生的晶相與 1100 ℃ 燒后的晶相相同。圖 7(c) 顯示的是 1500 ℃ 燒后的顯微照片，在此溫度下，產(chǎn)生了低熔點(diǎn)的玻璃相，如鈣鋁黃長石 (2CaO 2 · Al 2 O 3 · SiO 2 ) 和鈣斜長石 (CaO · A1 2 O 3 · SiO 2 ) 。

圖 6 煅燒氧化鋁含量對澆注料自流直徑的影響

圖 7 在不同燒成溫度下燒成 5h 后的板狀剛玉質(zhì)自流澆注料的 SEM 照片

(a) 110 0 ℃ ； (b) 130 0 ℃ ； (c) 150 0 ℃

C- 剛玉； A- 鈣斜長石； M- 莫來石； G- 鈣鋁黃長石；

H- 六鋁酸鈣； Ce- 水泥； CAS- CaO · A1 2 O 3 · SiO 2

圖 8 使用不同類型的氧化鋁制得的澆注料在 130 0 ℃ 下 燒成 5h 后的 SEM 照片

(a) 白剛玉； (b) 煅燒氧化鋁

H- 六鋁酸鈣 (CA 6 ) ； B-CaO ， Al 2 O 3 ， Fe 2 O 3 ， TiO 2 ， SiO 2 的混合物

3 ． 6 ． 2 不同氧化鋁的顯微結(jié)構(gòu)分析
　　 圖 8(a) 是白剛玉質(zhì)自流澆注料的顯微照片，主要基質(zhì)是剛玉相，還有前面所說的硅酸鹽相。除了這些以外，結(jié)構(gòu)中還有六鋁酸鈣相 (CA 6 ) ，它是氧化鈣和氧化鋁在 1300 ℃ 以上反應(yīng)形成的，此晶相在改善澆注料的機(jī)械強(qiáng)度方面具有重要的作用。圖 8(b) 是鋁礬土質(zhì)自流澆注料的顯微照片，由于鋁礬土原料中含有較多的雜質(zhì)，因此這些雜質(zhì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了混合物。

4 、結(jié)論
基于以上的分析結(jié)果，可以得出有關(guān)自流澆注料的以下結(jié)論：
　　 ①使用的 n 值為 0.23 或 0.22 ；②硅微粉加入量為 9 ％；③煅燒氧化鋁的加入量為 12 ％；④使用的原料為板狀剛玉、白剛玉和棕剛玉；⑤高溫下燒成。