對加有SiO2、Al2O3微粉的高鋁質(zhì)低水泥自流澆注料中所涉及的化學(xué)過程。研究了SiO2、Al2O3微粉、高鋁水泥含量、加水量對低水泥耐火澆注料物理性能的影響。分析了分散劑、促凝劑、延遲硬化劑在低水泥自流耐火澆注料中的作用。
1 低水泥自流耐火澆注料的硬化機(jī)理
自流澆注料與振動澆注料在基本組份方面沒有大的差別，自流澆注料之所以能夠不需外力而流動，是因?yàn)橥ㄟ^加入反絮凝劑(懸浮劑)使其內(nèi)部帶不同電荷的微粉顆粒之間產(chǎn)生排斥力，而產(chǎn)生流動。因此，其硬化機(jī)理與低水泥澆注料的硬化機(jī)理一致，仍由水合結(jié)合和凝聚結(jié)合共同起作用。
2 提高澆注料流動性的方法
2.1 減少顆粒間的接觸
增加基質(zhì)份量可以降低顆粒間的接觸，但與此同時，需水量增加。另外，通過膠體粒子表面吸附電荷增加電位的方法也能達(dá)到降低顆粒間的接觸。如增加SiO2微粉的量，即可在系統(tǒng)中引入更多的電荷，從而增加帶負(fù)電粒子之間的排斥力，以達(dá)到良好的流動性。
2.2 顆粒的形狀
如果澆注料中的細(xì)粉和骨料顆粒呈球狀。則澆注料的流動性變好。
SiO2微粉呈球狀，是因?yàn)槠浍@得的途徑為：
FeSi+O2-SiO+Fe2O3
SiO遇到水和空氣，則變?yōu)镾i(OH)4，Si(OH)4+Si(OH)4之間反應(yīng)生成球狀SiO2微粉。由于Si02微粉界面有一OH基存在，所以活性很高。
2.3 骨料的吸水性
骨料的吸水性小，則混料用水量足以保證形成溶膠并使顆粒之間自由流動。如電熔和板狀A(yù)l2O3吸水少。
2.4 合適的分散劑
在加入SiO2微粉的體系中，Si02膠體呈電負(fù)性，與Al 3+ 、Ca2+等離子反應(yīng)而發(fā)生凝聚，降低澆注料的流動性。
加入堿金屬磷酸鹽作分散劑、則Al3+、Ca2+離子被帶負(fù)電的磷酸根離子所包裹而呈多價負(fù)電荷;而Si02形成的SiO32-離子被Na+離子包圍呈疏松狀態(tài)。此時磷酸根離子(包裹了Ca2+、Al3+)與SiO32-的斥力起作用而使流動性增加。
2.5 使用少量高鋁水泥和添加延遲硬化劑
無水泥澆注料在110℃時強(qiáng)度不足，加入少量水泥是為了保持澆注料在室溫到110℃時澆注料本體的強(qiáng)度。
3實(shí)驗(yàn)部分
3.1原料
原料的化學(xué)成分如表1。
表1 原料的化學(xué)成分、%
3.2 粒度構(gòu)成
低水泥自流澆注料的顆粒組成為：粗顆粒(大于1.0mm)35%〜50%，細(xì)顆粒(1.0〜0.045mm)16%〜37%，超細(xì)顆粒(小于0.045mm)23%~41%時澆注料的流動性最隹。本實(shí)驗(yàn)中取粗：細(xì)：超細(xì)=45 :25 : 30。
3.3自流澆注料的構(gòu)成
自流澆注料由電熔剛玉、燒結(jié)Al2O3和分散劑等構(gòu)成，其中SiO2超微粉、Al2O3微粉和高鋁水泥的變化情況如表2所示。
表2 微粉和高鋁水泥的變化情況
3.4 實(shí)驗(yàn)方法
將稱好的原料預(yù)干混1〜2min，然后加水混〜5min，制成40mmX40mmX160mm的試樣，測定體積密度、耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。
低水泥自流澆注料中水量的確定依下面的方法：將一升混合料加到如圖1所示的裝置中，將擋板提高5Omm，如果30s后混合料能夠達(dá)到對面的豎板，則此時的用水量合適。
圖1 自流澆注料流動性試驗(yàn)裝置
3.5 結(jié)果與討論
自流澆注料的典型性能見表3。
表3 自流澆注料的典型性能
依自流澆注料的實(shí)驗(yàn)方法可以看到配方A、B、C、D的流動特性在30〜60s范圍內(nèi)。A中由于沒有加入水泥而使其強(qiáng)度偏低中加水量至8.5%時，自流的時間仍偏長，比較B、C則看出C的流動特性較好，且耐壓強(qiáng)度也較高。因此可以認(rèn)為，水泥的加入量在2%左右，可以使?jié)沧⒘显谳^低的加水量(7.5%)時，處于自流狀態(tài)。當(dāng)然分散劑的配合使用也是必不可少的。
從C、F、G、H中可以看出，改變SiO2微粉的用量，對澆注料的流動性有較大的影響，且隨SiO2微粉量的增加，澆注料的流動性變好，1400℃抗折強(qiáng)度受SiO2影響并不大，但體枳密度稍有下降。
實(shí)驗(yàn)中對β-萘磺胺甲醛縮合物，木質(zhì)素磺酸鹽，磺化三聚氰胺甲醛縮合物的分散效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其中以β-萘磺酸甲醛縮合物的分散效果較好，其添加量為0.2%〜0.5%。
4結(jié)論
(1)低水泥自流澆注料中的高鋁水泥以2%的加入暈為合適。加入量低，自流澆注料110℃時的強(qiáng)度偏低;而加入量高時，達(dá)到自流狀態(tài)所需的水量增加，伴隨體積密度及其它性能下降。
(2)自流澆注料的流動性隨SiO2微粉用量的增加而顯著提高。
(3)分散劑以β-萘磺酸甲醛縮合物的分散效果最好。