70矾土基均质料在耐火浇注料中添加剂的应用研究

2014-10-09夏银凤罗华明王国飞

江苏陶瓷 2014年3期

夏银凤罗华明王国飞赵燕

（通达耐火技术股份有限公司，北京 100085）

0 前言

矾土基均质料化学成分结构均一、性能稳定，主晶相为莫来石，线性变化小，微观上晶体相互穿插形成具有优良的高温强度，同时又具有一定柔韧性等特点，广泛地应用于干法水泥窑窑门罩、篦冷机、三次风管、分解炉以及其他陶瓷、石化等热工窑炉的相关部位。在我国矾土基耐火材料方面颇有造诣的钟香崇院士曾多次提及要大力发展优质合成耐火材料。目前国内多家大型耐火材料企业已经着手矾土基均质料连续生产线的建设，预计未来五年内，国内矾土基均质料的生产将达到高峰。尽管如此，对矾土基均质料的应用研究还比较滞后，国外除奥镁、瑞法塔、摩根等企业外，其他企业尚未见报道。

随着水泥窑的日渐大型化，二次风温越来越高，越来越多的废弃物被用作燃料，使得水泥窑用耐火材料的要求越发苛刻，本实验使用均质矾土为原料研发的新型浇注料能很好地解决这些问题。

1 硅灰的添加量对新型浇注料常温性能的影响

1.1 实验

本实验以阳泉通达高温材料有限公司生产的70均质矾土骨料为主要原料，颗粒与细粉分别占66%和34%（质量分数），研究硅灰的加入量对该浇注料常温性能的影响，以此确定该新型浇注料硅灰原料的最佳添加量。具体实验过程是严格按配方称取各原料，分别添加4%、5%、6%、7%的硅灰，加水搅拌3分钟后在振动台上振动成型。为避免水量的差异对浇注料强度等性能的影响，故每组实验加入的水量相同，均为6.5%。试样带模养护24h，脱模后湿养护24h、110℃×24h烘干，试块尺寸为 40 mm×40 mm×160 mm，分别经 110℃×24h、1100℃×3h、1400℃×3h的热处理后测试其常温强度性能。

1.2 实验结果及分析

图1为硅灰添加量对浇注料抗折强度的影响图。

图1 硅灰添加量对浇注料抗折强度的影响

由图1可以看出，浇注料110℃的抗折强度随着硅灰添加量的增加变动不大，1100℃的抗折强度在硅灰添加量为6%时有一个最大值，在1400℃高温下，抗折强度随硅灰的添加量呈下降的趋势。经分析认为该现象的主要原因是硅灰是一种超微粉呈球形，有活性，填充性能好，高温下与氧化铝反应生成莫来石，有利于浇注料强度的提高。

图2是硅灰添加量对浇注料耐压强度的影响图。由图2可以看出，随着硅灰添加量的增大，浇注料的耐压强度有逐渐增大的趋势。随着热处理温度的升高，试样中逐渐产生液相，使固相反应能够顺利进行，烧结充分，使浇注料中晶体长大并形成致密的结构，因此高温1400℃热处理后的耐压强度高于中低温的耐压强度。但110℃、硅灰添加量为7%时浇注料的耐压强度下降明显。

硅灰的添加量并不是越多越好，因为硅灰的添加量越大，在铝硅体系的浇注料中引入的硅含量越多，使该体系中的铝硅比小于2.55，浇注料中由原来的刚玉莫来石相变为莫来石石英相，从而降低浇注料的性能。综合图1和图2分析发现，在硅灰添加量为6%时，该浇注料的常温抗折、耐压强度性能最好，抗折强度均在15 MPa以上，耐压强度均在100 MPa以上，能很好的满足水泥窑篦冷机热端、窑门罩、三次风管等部位的使用需求。

2 水泥添加量对新型浇注料耐磨性能和热态强度的影响

2.1 实验

本实验主要研究水泥添加量对均质莫来石浇注料耐磨和高温抗折强度的影响。本实验用水泥为纯铝酸钙水泥。耐磨试块的尺寸为100 mm×100 mm×30 mm，经1100℃×3h热处理后按国标GB/T18301-2001耐火材料常温耐磨性试验方法测试试样工作面的耐磨性能。高温抗折试块尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，按GB/T3002-2004高温抗折强度试验方法，在1250℃的温度下测试其不预烧高温抗折强度。

图3 水泥添加量对浇注料1100℃烧后耐磨性能的影响

2.2 结果分析与讨论

该浇注料主要应用于篦冷机热端，受水泥熟料及烟气的冲刷非常严重，因此测试该浇注料的耐磨性能十分必要。

由图3可以看出，该均质莫来石浇注料中添加纯铝酸钙水泥量为4%时，耐磨值最小，耐磨性能最好。

图4 水泥添加量对浇注料1520℃高温抗折强度的影响

由图4可以看出，在水泥添加量为4%时浇注料的高温抗折强度最高。铝酸钙水泥是浇注料常用的结合剂，水泥水化产物为浇注料提供了常温强度，但加热过程中自由水和结合水的丧失，强度也逐渐丧失，直至烧结开始，强度又逐渐增强，由于氧化钙产生的低熔点相（如钙长石和钙铝黄长石）会降低耐火材料的性能，因此水泥的用量不宜过大。

综合图3和图4分析发现，水泥添加量为4%时该均质莫来石浇注料的耐磨和高温抗折性能最好。