通過(guò)采納各種復(fù)雜的工藝來(lái)提高鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量，鋼鐵行業(yè)經(jīng)歷了實(shí)質(zhì)性的改變，尤其是在質(zhì)量上的提高是顯著的。因此，鋼鐵行業(yè)各領(lǐng)域中使用的耐火材料面臨著巨大的挑戰(zhàn)以滿足高溫下重要操作參數(shù)的要求。生產(chǎn)者要求耐火材料性能好且故障少。因此，耐火材料研究者、生產(chǎn)者和使用者的注意力從傳統(tǒng)的定型耐火材料轉(zhuǎn)移到了不定形耐火材料上。在多種不定形耐火材中，澆注料在研究、開(kāi)發(fā)、制造和應(yīng)用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。耐火澆注料(通過(guò)澆鑄/澆注安裝)是由耐火材料顆粒、基質(zhì)成分、粘結(jié)劑和添加劑預(yù)先攪拌而成的混合物。使用目的不同，每種澆注料組成中各種成分的比例隨之變化，以獲得所需的性能。從應(yīng)用角度來(lái)看，對(duì)低水泥或抗絮凝澆注料的需求更多并在持續(xù)增長(zhǎng)，這是因?yàn)樗鼈兊男杷康颓伊鲃?dòng)性好，并且具有良好的熱機(jī)械性能和抗腐蝕性。這些改進(jìn)都可以通過(guò)使用質(zhì)量高的原材料、先進(jìn)的配方、更好的安裝和維護(hù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
此外，對(duì)于澆注料來(lái)說(shuō)，可以同時(shí)具有流動(dòng)性和強(qiáng)度(兩者本身是矛盾的)。提高填充率和不同成分之間的摩擦可以提高強(qiáng)度但是卻會(huì)降低流動(dòng)性。根據(jù)流動(dòng)性，澆注料可以分為自流型(在自身重量的作用下流動(dòng))和振動(dòng)型(在外能如振動(dòng)的作用下流動(dòng))。這些流動(dòng)特性從根本上來(lái)說(shuō)是由粒度分布決定的。很多研究者包括已經(jīng)對(duì)粒度分布進(jìn)行了深入研究。從這些模型可以總結(jié)出：如果分布系數(shù)(q值)小于0.25，澆注料是自流型的，大于該值就是振動(dòng)型的。這些作者以前已經(jīng)進(jìn)行過(guò)相似的工作，研究白剛玉(TA)和活性氧化鋁(RA)對(duì)q值為0.21和0.23的自流型澆注料的影響。結(jié)果表明含RA的配料具有更好的性能。
本文通過(guò)使用兩種不同的氧化鋁粉(TA和RA)，對(duì)根據(jù)Dinger-Funk模型設(shè)計(jì)的分配系數(shù)分別為0.27和0.29的高鋁低水泥耐火澆注料進(jìn)行試驗(yàn)，研究了氧化鋁粉對(duì)澆注料各項(xiàng)性能的影響。
試 驗(yàn)
2.1原料
高鋁自流型澆注料是使用白剛玉(WTA)、白熔融氧化鋁(WFA)顆粒/骨料、氧化鋁粉、硅粉和添加劑如抗絮凝劑、緩凝劑和有機(jī)纖維配制而成的。表1示出了這些原材料的物理化學(xué)性質(zhì)。表2示出的是根據(jù)Dinger和Funk提出的公式計(jì)算出來(lái)的分配系數(shù)為0.27和0.29的澆注料，配制時(shí)所需的不同粒徑組的百分比。使用值分別為0.27和0.29的氧化鋁粉TA和RA(分別為27TA、29TA、27RA和29RA)配置出4份澆注料樣品。所有合成物都含有同樣質(zhì)量百分比的高鋁水泥(4%)、硅粉(6%)、抗絮凝劑(聚甲基丙烯酸銨0.3%)、抗定型劑(檸檬酸0.1%)以及有機(jī)纖維(聚丙烯0.05%)。所有澆注料合成物都是在相似的條件下加工而成的。
2.2制備澆注料
首先，把所有原材料都放在一個(gè)行星攪拌器中干混，然后加水直至達(dá)到所需的流動(dòng)性。用一個(gè)黏度杯，在一個(gè)振動(dòng)桌上以3200~4000v·min(每分鐘振動(dòng)次數(shù))、0.5mm的振幅做振動(dòng)測(cè)試30S，來(lái)測(cè)量混合物的流動(dòng)性。在澆注料流動(dòng)或散開(kāi)的4個(gè)方向上分別測(cè)量流量值，取平均值。
接著把混合物倒入潤(rùn)滑過(guò)的50mm?的鋼錠模中。多余的混合物用小鏟刮掉并抹平。混合物在鋼錠模中放在潮濕的環(huán)境下進(jìn)行老化24h。然后去模風(fēng)干24h后，再用爐子在110℃下干燥24h接下來(lái)再把這些干燥的樣品焙燒至950℃和1550℃，并在峰值溫度下保溫2h。測(cè)量干燥焙燒后的立方體的體積密度(BD)和常溫耐壓強(qiáng)度(CCS)。混合物的性質(zhì)是根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)局(BIS)規(guī)范IS10570和1528-1974進(jìn)行測(cè)量的。本文中的每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)都是5次測(cè)量結(jié)果的平均值。另外對(duì)經(jīng)過(guò)1550℃焙燒后的樣品進(jìn)行了相分析，以判斷在焙燒期間相是否發(fā)生了變化。
表1給出了初始原材料的物理化學(xué)性質(zhì)，可以看出這些原材料很純凈，雜質(zhì)極少。在兩種不同的氧化鋁粉中，RA(活性氧化鋁)比TA(技術(shù)氧化鋁)稍微純一些、細(xì)一些。圖1示出了不同顆粒物在分布系數(shù)q分別為0.27和0.29時(shí)的粒徑分布情況。最大粒徑為3mm的顆粒的CPFT是100%，而最小粒徑1μm的顆粒則顯示CPFT為0%。分配系數(shù)為0.29的合成物中粗顆粒的含量更高一些。
結(jié)果和討論
各種澆注料的需水量非常相似，如圖2所示。只是在q值增大以及使用RA代替TA吋需水量稍微降低一點(diǎn)點(diǎn)。q值越高意味著細(xì)粉含量越低，因此面積小，需水量少。另外，q值增加會(huì)造成流動(dòng)性值降低(見(jiàn)圖3)，這是由于粗顆粒含量較大，摩擦力較大造成的。但是，含RA的合成物，在兩個(gè)q值下都顯示出較好的流動(dòng)性。RA在本質(zhì)上比TA活性更好，粒度更細(xì)，因此有助于減少需水量，提高澆注料流動(dòng)性。
3.1體積密度研究
經(jīng)研究，不同組成的澆注料的體積密度(BD)與加熱溫度的關(guān)系如圖4所示。密度值隨值的增加而增大，并且在RA存在的情況下較大。較高的q值意味著較粗的顆粒比例較大，其體積密度值比細(xì)顆粒大。此外，較好的流動(dòng)性和較低的水分有填充好，氣孔少，壓實(shí)度大和較高體積密度值的優(yōu)點(diǎn)。加熱溫度從110℃升到950℃未發(fā)現(xiàn)體積密度值降低。溫度進(jìn)一步升高到1550℃，由于混合物成分燒結(jié)而造成體積密度值急劇下降。RA本身就更細(xì)一些，活性更好一些，因而燒結(jié)程度更高，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含29RA的混合物的最大體積密度值是3.09。
3.2常溫耐壓強(qiáng)度研究
不同組成的澆注料的常溫耐壓強(qiáng)度(CCS)與加熱溫度的關(guān)系如圖5所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)常溫耐壓強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)，也沒(méi)有在中間溫度時(shí)因水硬性膠結(jié)斷裂而降低。壓實(shí)度高及使用有機(jī)纖維等可能是阻止強(qiáng)度損失的原因。溫度進(jìn)一步升高至1550℃，進(jìn)一步的燒結(jié)使強(qiáng)度值顯著增大。另外還發(fā)現(xiàn)，在較大q值及含RA的情況下強(qiáng)度值更高一些。更好的壓實(shí)度和密實(shí)度可能是產(chǎn)生這兩種結(jié)果的原因。
3.3相分析研究
對(duì)加熱后的各個(gè)試樣進(jìn)行相分析研究顯示幾乎沒(méi)有什么變化，圖6所示的是以27RA試樣為代表的X射線衍射圖。可以看出，在所有組合物中，剛玉是主相，CA?是次生相，都不含CA?相。另外還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CA相，雖然水泥中存在此相。這可能是由于氧化鋁粉與澆注料基質(zhì)中的CA相在高溫下發(fā)生反應(yīng)，形成CA?相而造成的。同時(shí)伴隨著燒結(jié)，該反應(yīng)使基質(zhì)具有更好的粘結(jié)性，因而致密性和強(qiáng)度更好。
結(jié) 論
在需水量稍微降低的情況下使用活性氧化鋁可以提高澆注料的流動(dòng)性。提高q值雖然也可以降低需水量，但是流動(dòng)性也會(huì)降低。使用活性氧化鋁，澆注料的密度和強(qiáng)度值在任何溫度下都較高。CA相與澆注料基質(zhì)中的氧化鋁發(fā)生反應(yīng)僅形成CA?相，這可能是較高溫度下強(qiáng)度增加較快的原因。
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