通過采納各種復(fù)雜的工藝來提高鋼的質(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)用角度來看，對低水泥或抗絮凝澆注料的需求更多并在持續(xù)增長，這是因?yàn)樗鼈兊男杷康颓伊鲃有院?，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)來實(shí)現(xiàn)。
此外，對于澆注料來說，可以同時具有流動性和強(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)度但是卻會降低流動性。根據(jù)流動性，澆注料可以分為自流型(在自身重量的作用下流動)和振動型(在外能如振動的作用下流動)。這些流動特性從根本上來說是由粒度分布決定的。很多研究者包括已經(jīng)對粒度分布進(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，大于該值就是振動型的。這些作者以前已經(jīng)進(jìn)行過相似的工作，研究白剛玉(TA)和活性氧化鋁(RA)對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。
本文通過使用兩種不同的氧化鋁粉(TA和RA)，對根據(jù)Dinger-Funk模型設(shè)計的分配系數(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)，研究了氧化鋁粉對澆注料各項性能的影響。
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提出的公式計算出來的分配系數(shù)為0.27和0.29的澆注料，配制時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行星攪拌器中干混，然后加水直至達(dá)到所需的流動性。用一個黏度杯，在一個振動桌上以3200~4000v·min(每分鐘振動次數(shù))、0.5mm的振幅做振動測試30S，來測量混合物的流動性。在澆注料流動或散開的4個方向上分別測量流量值，取平均值。
接著把混合物倒入潤滑過的50mm?的鋼錠模中。多余的混合物用小鏟刮掉并抹平?；旌衔镌阡撳V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)?；旌衔锏男再|(zhì)是根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)局(BIS)規(guī)范IS10570和1528-1974進(jìn)行測量的。本文中的每個測量數(shù)據(jù)都是5次測量結(jié)果的平均值。另外對經(jīng)過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值增加會造成流動性值降低(見圖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q值下都顯示出較好的流動性。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)，也沒有在中間溫度時因水硬性膠結(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
對加熱后的各個試樣進(jìn)行相分析研究顯示幾乎沒有什么變化，圖6所示的是以27RA試樣為代表的X射線衍射圖?？梢钥闯觯谒薪M合物中，剛玉是主相，CA?是次生相，都不含CA?相。另外還沒有發(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性。提高q值雖然也可以降低需水量，但是流動性也會降低。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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