先进不定形耐火浇注料的开发与研究
发布日期： 2019-10-15 14:24:23 阅读量（373） 作者：张红随着适用于侵蚀环境的浇注料的开发成功，不定形耐火材料的生产和消耗取得了决定性的突破。
通过引入新的组成，包括减少水泥加入量，加入微孔填充物，使用高效分散剂，不定形耐火材料的质量得到大幅度的提升。这开创了不定形耐火材料新品种的快速开发，提升了材料的质量并有利于施工的开展。
耐火浇注料中的水合结合最初使用Al2O340%～80%的铝酸钙水泥(CAC)。然而，自上世纪七十年代早期以来，Al2O3含量70%左右的水泥在浇注料的开发中占据了主导地位。水泥的总量在持续减少，Al2O3含量从15%～25%到更低。已经开发了新型的低水泥浇注料(LCC，CaO含量1%～2.5%)、超低水泥浇注料(ULCC，CaO含量0.2%～1%)和无水泥浇注料(NCC，CaO含量小于0.2%)，这样就减少了CaO的负面影响，因为它会导致在三元系CaO-Al2O3-SiO2中生成钙长石和钙铝黄长石。
一种新型的结合方式是钙镁铝酸盐结合剂(CMA)，它将水合铝酸钙和大量镁铝尖晶石(MA)结合起来，这些镁铝尖晶石的晶粒尺寸与铝镁浇注料中的尖晶石的晶粒尺寸相近。设计这种结合是为了减少游离氧化镁的含量和铝镁浇注料中硅灰的用量，这有利于增强浇注料的高温力学性能、抗渗透性和抗渣侵蚀性。
对于无水泥浇注料，开发了一种新型的水合结合方式-水合氧化铝结合(ρ-Al2O3)，它可以与水反应生成氧化铝水化物的凝胶。
对于碱性浇注料，在有水的条件下，通过MgO与硅灰结合生成的镁橄榄石结合被证明是可行的。
另一种在耐火浇注料中经常用到的结合是磷酸盐结合。含有氧化铝或氢氧化铝的体系，在与磷酸或磷酸盐反应后将生成耐火物AlPO4。另一种适合于非氧化物体系(如SiC基耐火材料)的结合是通过溶胶—凝胶工艺形成的。硅溶胶和铝溶胶在耐火浇注料中的应用已经引起了更多的关注，这与纳米技术在耐火材料的制造和生产中的增长趋势有关。由于纳米基质的形成可以将气孔尺寸控制在纳米尺度的范围内，因此它将给耐火材料的性能带来一次革新，尤其反映在提高抗金属熔体的渗透与改善常温力学性能和高温力学性能方面，以及提高韧性和抗热震性方面。在浇注料的应用方面，用硅溶胶替代水合结合剂带来了明显的正面效应，加速了新砌筑的耐火内衬的干燥和加热过程。无水的SiO2凝胶结合属于化学结合，水分可以在100℃以下释放并移除。
为了提高浇注料的质量，关键是优化基质的组成，必须设计成紧密堆积使空间下降至亚微米的范围。为了减少容易生成低共熔混合物的化合物的含量，基质的化学组成是非常关键的。
耐火浇注料的流变学行为首先受到亚微米颗粒的影响。高活性硅灰的引入，改善了混合物的物理性能，从而产生了一批新型的浇注料。对于含有铝酸钙水泥(CAC)的氧化铝基混合物，在没有加入硅灰的情况下，必须降低SiO2的含量，因为即使很少量的SiO2都会显著地降低浇注料的高温力学性能。如果加入了硅灰，则构成了最细的基质组成部分，就有可能使用活性氧化铝，即使是在亚微米的粒径范围内都可以得到单峰分布和多峰分布的粉末。
耐火浇注料中另一个非常重要的成分是有效的分散剂。它们提高了浇注料的流动性，减少了加水量，因而提高了浇注料的密度、强度和抗渣渗透性。通过使用活性分散剂-有机聚合物，如聚丙烯酸酯、聚乙二醇、聚羧酸减水剂和聚乙二醇醚等，可以使混合物在很低的加水量时获得高的流动性。通过将颗粒尺寸控制在亚微米范围内(q值0.20～0.25)所获得的分散良好的混合物的加水量只需约4%左右，这样的混合物可以实现泵送和喷射施工。
加入硬化剂可以使混合过程在一个相对较宽的温度范围内(5～30℃)进行。为了调整工作和凝固时间，在低温下使用促凝剂(主要是锂盐)，在较高温度下使用缓凝剂(碱性柠檬酸盐、酒石酸或者葡萄糖酸)。
为了促进小剂量的分散剂或硬化剂发挥作用(典型的如万分之一)，出现了将浇注料的组分与活性氧化铝混合在一起的添加剂，它们被称作预混合的分散氧化铝，加入剂量很少且分散效果好。
为了减轻不定形耐火材料在干燥过程中的敏感性，可以在混合物中以0.05%的比例加入有机纤维，通常是聚丙烯。纤维有助于水沿毛细管上升至表面从而加速蒸发，纤维还可以减少浇注料发生爆裂的危险，加快不定形衬体干燥和加热的速度。
在不定形浇注料中加入钢纤维可以改善其热震稳定性，其原因是提高了材料的抗拉强度而避免产生严重的破裂。然而，由于在高温下处于氧化气氛中钢会氧化，因此加入钢纤维限制了浇注料的使用温度和使用时间。
耐火骨料构成了浇注料的框架。耐火骨料种类繁多，可以利用一种或多种耐火骨料的组合设计浇注料的配方，从而获得所需的化学、矿物学和物理性能。可利用的浇注料的种类已经大大扩展。除了铝硅酸盐和氧化铝外，尖晶石(MgO·Al2O3)、镁砂(烧结或电熔)、堇青石、碳化硅、熔融石英、赛隆，以及最近出现的用在耐火浇注料中起保温作用的致密的轻质骨料六铝酸钙，现在都被经常使用。
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