超低水泥耐火澆注料的凝結(jié)硬化,主要是凝聚結(jié)合,因此超微粉的作用十分重要,是決定和影響其性能的關(guān)鍵因素。同時(shí),外加劑對(duì)其性能的影響也不容忽視。
超低水泥耐火澆注料
(一)超微粉
超低水泥耐火澆注料的超微粉,主要有活性SiO2粉、a-Al2O3粉和Cr2O3粉等,其成分含量(%)分別為93.2、大于90和大于99.這3種超微粉和粒徑分布,見下表。從表中看出,小于1.0mm的大于71%。
超低水泥耐火澆注料的超微粉
耐火澆注料的配合比相同,CaO含量約為0.6%。三組試樣,分別摻加活性SiO2、a-Al2O3及其二者復(fù)合的超微粉,用量相同。隨著加熱溫度的升高,摻加不同超微粉的澆注料,其強(qiáng)度均有增加。同時(shí)看出,不同的超微粉,對(duì)澆注料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也不同。摻加活性SiO2和a-Al2O3等量復(fù)合的超微粉,其強(qiáng)度高,其次為摻加活性SiO2超微粉的澆注料,摻加氧化鋁超微粉的澆注料,其強(qiáng)度低。加熱溫度達(dá)到1500℃時(shí),摻加3種超微粉的澆注料,其強(qiáng)度基本相似。這就是說(shuō),配制超低水泥耐火澆注料時(shí),好用復(fù)合超微粉,單獨(dú)使用時(shí),應(yīng)先選用活性SiO2超微粉。
但是,SiO2超微粉用量增多,將會(huì)降低澆注料中Al2O3含量,同時(shí)增加了游離石英,然導(dǎo)致澆注料抗渣性的下降。例如,鐵溝澆注料的配合比:高鋁骨料70%,SiC14.2%,C5.8%,分散劑0.2%,水6.5%,高鋁粉和SiO2超微粉合量10%。采用坩堝法在還原氣氛下進(jìn)行抗渣試驗(yàn)。試驗(yàn)條件:標(biāo)準(zhǔn)渣的堿度為1.105,加熱溫度和保溫時(shí)間1500℃,4h。隨著SiO2超微粉用量的增加,抗渣性有個(gè)佳值,即超微粉用量為5%左右時(shí),抗渣性好。
澆注料的配合比不變,耐火細(xì)粉和超微粉的合量不變。隨著超微粉用量的增加,1600℃燒后耐壓強(qiáng)度也增大,但有個(gè)佳值。SiO2超微粉用量為5%左右,Al2O3和Cr2O3超微粉用量為7%左右,此時(shí)強(qiáng)度較好,其他性能也良;從超微粉品種來(lái)看,增強(qiáng)效果好的是SiO2超微粉,其次是Al2O3超微粉,Cr2O3超微粉增強(qiáng)效果較差。同時(shí)看出,SiO2超微粉的增強(qiáng)比后兩種超微粉的高2.5~4.4倍。
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外加劑種類較多,現(xiàn)以分散劑和減水劑為例,說(shuō)明對(duì)超低水泥耐火澆注料性能的影響。
澆注料的配合比一定時(shí),摻加不同量的分散劑,可減少施工水用量。當(dāng)施工水用量一定時(shí),隨著分散劑用量的增加,烘干耐壓強(qiáng)度有個(gè)佳值。即分散劑用量為0.15%~0.2%時(shí),強(qiáng)度好。未加或用量大于0.5%時(shí),其強(qiáng)度變差或試樣開裂,這是由于澆注料的流動(dòng)性差、成型體不致密的緣故。
減水劑品種較多,應(yīng)通過試驗(yàn)合理選擇。在超低水泥剛玉澆注料的配合比確定后,分別用聚磷酸鈉、聚氰胺類縮合物和萘磺酸鹽類縮合物作減水劑,篩選適宜的用量,配制耐火澆注料,其工藝參數(shù)和性能,見下表。從表中看出,未加減水劑的澆注料,由于超微粉的自發(fā)團(tuán)聚,無(wú)法有效的填充其孔隙,且分布不均勻,大量的水被包裹在絮凝體中或填充在孔隙中,因此導(dǎo)致水用量加大,熱處理后的體積密度低、氣孔率高、強(qiáng)度低,同時(shí)也不利于燒結(jié);聚磷酸鹽有一定的分散減水效果,在一定程度上能阻止超微粉的自發(fā)團(tuán)聚,使之較充分在孔隙中,提高了水的利用率,即減少了水用量,減水率約為17%。所以,澆注料的體積密度提高、氣孔率下降,與未加減水劑的相比,燒后耐壓強(qiáng)度提高了0.6~1.9倍,高溫抗折強(qiáng)度提高了1.25倍;B和C為有機(jī)減水劑,其分散減水效果尤為顯著,減水率分別為25%和28%,與未加減水劑的澆注料相比,其體積密度約提高3.5%,氣孔率下降15%,燒后耐壓強(qiáng)度提高了1~4倍,高溫抗折強(qiáng)度提高了3.5倍多。同時(shí)看出,C減水劑的效果比B的更好些。總之,在配制超低水泥耐火澆注料時(shí),須摻加減水劑,而且應(yīng)先選用有機(jī)減水劑。
超低水泥澆注料的工藝參數(shù)和性能
超低水泥澆注料的工藝參數(shù)和性能
(三)鋁粉
在鐵溝耐火澆注料中,一般摻加金屬鋁粉,起快干和增強(qiáng)的作用。其粒徑和用量,對(duì)澆注料的性能有較大的影響,應(yīng)合理選擇。
在Al2O3-SiC-C質(zhì)超低水泥澆注料中,金屬鋁粉的粒徑越小、施工環(huán)境溫度越高,則化學(xué)反應(yīng)的約劇烈,產(chǎn)生的氣體越多,料溫也越高。這對(duì)澆注料的脫水是有利的,即可快速烘烤,但反應(yīng)過快,易形成假凝,對(duì)強(qiáng)度不利。澆注料配合比相同。設(shè)鋁粉粒徑大,對(duì)強(qiáng)度不利,其粒徑太小,對(duì)烘干耐壓強(qiáng)度有一定好處,但其余強(qiáng)度有所下降;鋁粉粒徑為88~44mm時(shí),強(qiáng)度較好。
鋁粉用量應(yīng)根據(jù)耐火澆注料性能和施工條件而定,在保證有利排氣和快干的前提下,應(yīng)盡量少用。
(四)外加物
在Al2O3-SiC-C質(zhì)超低水泥澆注料中,應(yīng)摻加SiC和碳素材料,以便提高其抗渣性和熱穩(wěn)定性等性能。試驗(yàn)與使用證明,SiC和碳素材料的品級(jí)和用量,對(duì)澆注料的性能有較大的影響,應(yīng)合理選擇。同時(shí),高爐的大小和使用部位的不同,其品級(jí)和用量也不同。在一般情況下,大、中型高爐的主鐵溝或渣溝,用質(zhì)的SiC和碳素材料,中、小型高爐的則用低檔的SiC和碳素材料;SiC的用量一般為5%~35%。碳素材料主要有瀝青、鱗片石墨、電粉和土狀石墨等,其用量為2%~6%。
在鐵溝耐火澆注料中,SiC和碳素材料一般以細(xì)粉狀態(tài)摻加,SiC好用超微粉。由于該料中含有SiC和碳素材料,因此抗氧化性降低。即碳氧化,留下較多微孔,鐵水或爐渣則不斷的滲入到內(nèi)部,同時(shí)形成脫碳層,導(dǎo)致襯體的損毀。摻加金屬鋁粉,能提高澆注料的抗氧化性。試驗(yàn)證明,同時(shí)摻加金屬硅粉即Al粉和Si粉復(fù)合使用,抗氧化性效果更好,而且可提高澆注料的強(qiáng)度。這是由于在高溫下金屬硅和鋁與碳反應(yīng)生成SiC和Al4C3后,使其組織結(jié)構(gòu)及其表面更致密化的緣故。
在Al2O3-SiO質(zhì)超低水泥耐火澆注料中,摻加2%~8%的藍(lán)晶石細(xì)粉,在1200~1400℃的高溫下客服進(jìn)莫來(lái)石的形成,從而提高其強(qiáng)度。這就是說(shuō),藍(lán)晶石不但是膨脹劑,而且是礦化劑。