耐火澆注料添加劑——微粉在剛玉耐火澆注料中的作用

2020-12-06 找耐火材料網

耐火澆注料的施工性能和使用性能在很大程度上取決於澆注料的基質系統，澆注料的基質系統主要由粉料和結合劑兩部分組成。上文討論了結合劑對於剛玉質澆注料的性能有很大影響，同樣，基質中所添加粉料的種類和數量對於剛玉耐火澆注料的性能也起著至關重要的作用。一般來說，高性能剛玉耐火澆注料在基質粉料中都添加了一種或者幾種微粉。

矽微粉

微粉是粒徑在幾個微米到十幾個微米之間的粉狀顆粒。在剛玉耐火澆注料中添加微粉可以使澆注料的高溫性能和使用性能大大提高。微粉在剛玉耐火澆注料中所起的作用主要有以下兩個方面：

(1)微粉可以填充澆注料顆粒與顆粒之間的氣孔，排擠出孔隙中的水。這不僅改善了澆注料的施工性能，同時也提高了澆注料熱處理後的體積密度、降低了氣孔率。

(2)由於微粉有較大的比表面積與反應活性，能夠使澆注料試樣在較低的溫度下燒結或與其他成分發生反應而生成新的物相，通過陶瓷結合而改善澆注料的微觀組織結構。

α-Al2O3微粉

在剛玉耐火澆注料中，國內外學者最常添加的微粉是α-Al2O3微粉和矽微粉，除此之外，其他的還有尖晶石微粉、TiO2微粉、白雲石微粉和SiC微粉等。

劉學新等研究了α-Al2O3微粉的加入對於鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料性能的影響。研究結果表明，α-Al2O3微粉的添加可以改善澆注料的流動性和減少凝結時間。當澆注料經1500℃熱處理後，隨著α-Al2O3微粉加入量的增加，燒結程度增加，氣孔率降低，這使得渣沿著氣孔滲透的機會減少，抗渣性能提高。另外，雖然緻密度的增加有利於澆注料抗折強度的提高，但不利於澆注料的抗熱震性能的改善。

姚金甫等研究了α-Al2O3微粉的添加對純鋁酸鈣水泥結合剛玉-尖晶石澆注料性能的影響。研究結果表明，隨著α-Al2O3微粉的加入，澆注料基質的流動性能提高，並且粒度越小，流動性提高越明顯，流動性的改善提高了澆注料的緻密度，從而提高了澆注料的強度以及抗侵蝕性能。另外，當α-Al2O3微粉加入量較少時，其不能充分填充顆粒間的空隙，澆注料微缺陷數量太多，導致澆注料的抗熱震性較差;而當α-Al2O3微粉加入量過量時，澆注料緻密程度過高，微缺陷數量太少，對緩衝熱應力同樣不利，因此澆注料的抗熱震性又變差。因此，合適數量的α-Al2O3微粉才能使澆注料獲得較好的抗熱震性能。

賈全利等研究了SiO2微粉加入量對剛玉質超低水泥澆注料燒結性能、高溫強度以及抗熱震性能的影響。隨著SiO2微粉加入量的增加，1100℃熱處理後試樣的顯氣孔率降低，強度升高，這說明SiO2微粉促進了燒結。1400℃熱處理後澆注料試樣的熱態抗折強度隨著SiO2微粉的增加而增加。原因是SiO2微粉的添加促進了澆注料中莫來石的生成，由於莫來石晶體呈針狀，穿插或彌散於剛玉骨料的周圍，從而提高了與剛玉相的直接結合程度，不僅起到增強作用，同時也起到增韌作用，所以，澆注料的抗熱震性也得到改善。

顧華志等研究了矽微粉對高純鋁鎂質澆注料物相組成和不同溫度下的物理性能及蠕變性能的影響。研究結果表明，由於鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注料中的Al2O3、MgO和CaO會反應生成鎂鋁尖晶石以及六鋁酸鈣，這兩種物相的生成都伴隨著較大的體積膨脹，而添加矽微粉可以抑制這種急劇膨脹。這是由於矽微粉加入到澆注料中會在高溫下與氧化鋁和氧化鎂相優先形成C-A-S低熔物相，隨著矽微粉加入量的增多，澆注料中的氧化鋁和氧化鎂與SiO2生成更多的低熔物相，並導致CA6和尖晶石相的數量大大減少。

剛玉耐火澆注料

Maitra研究了TiO2微粉的添加對於鎂鋁尖晶石澆注料緻密化的影響。研究結果表明：TiO2微粉的添加使得澆注料試樣在高溫下處理後的體積密度增加，顯氣孔率降低。TiO2微粉在高溫下將會促進澆注料中尖晶石的生成，同時減小生成的尖晶石的粒度。

李友勝等製備了Ti(C,N)微粉含量分別為0%、5%、10%的三種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料，研究了Ti(C,N)微粉添加量對於剛玉質澆注料性能的影響。研究結果表明：Ti(C,N)自身的固溶特性能促進試樣的燒結，從而降低了澆注料試樣經1500℃煅燒後的顯氣孔率，增加了體積密度，同時強度獲得了提高。另外，Ti(C,N)化學性能穩定，在熔融高爐渣中的溶解度較小的特點，也決定了其很難被高爐熔渣所侵蝕;還有，微粉促燒得到的緻密結構也有利於阻止熔渣對剛玉質澆注料的滲透，因而添加Ti(C,N)微粉的剛玉質澆注料具有良好的抗渣侵蝕性。

李志剛等研究了MgCO3(d50=0.3m)加入量對剛玉-尖晶石質澆注料物理性能的影響。研究結果表明：隨著熱處理溫度的升高，不含MgCO3微粉的剛玉質澆注料中β-Al2O3的數量減少。當MgCO3加入量由0增加4%時，1600℃處理後的澆注料基質中β-Al2O3逐漸增加。這是由於加入少量MgCO3到剛玉質澆注料中，高溫下分解生成的MgO與澆注料中的β-Al2O3發生固熔，促進了β-Al2O3的異向生長，生成的板狀β-Al2O3把剛玉晶粒緊密結合起來，高溫下MgCO3分解生成的MgO一部分會固熔到β-Al2O3中，另一部分會生成微米級尖晶石，提高了澆注料的強度。

由此可見，微粉不僅降低了澆注料的加水量，還通過燒結以及原位反應所形成的新物相來改善澆注料的物相組成和顯微結構，從而有利於提高澆注料的使用性能。

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    從表中看出，α-Al2O3的純度較高，顆粒也比較小，完全能滿足新一代耐火澆注料的需要。表2α-Al2O3超微粉的性能(二)超微粉作用機理超微粉作用機理是複雜的。超微粉品種的不同，其作用機理也有區別。在耐火澆注料中，超微粉的基本作用機理是填充。傳統耐火澆注料的耐火骨料和粉料級配，雖然堆積密度較大、也較緻密，但仍有眾多的孔隙被過量的水填滿，水排出後，留下許多孔隙；當採用超微粉後，這些孔隙被超微粉填充，極少量的微孔被水填滿。這樣，耐火澆注料的拌和水量降低，成型體中的水排出後，留下的空隙也較少。