低水泥耐火澆注料是近年來應用非常廣泛的不定形耐火材料,主要有硅酸鋁質、鎂質和硅質等品種,其中開發(fā)最早、基礎研究工作最深和應用最多的是硅酸鋁質低水泥耐火澆注料。低水泥耐火澆注料的強度,比鋁酸鹽水泥耐火澆注料有非常大的提高,這是由多種因素造成的,其中超微粉的摻加與高效外加劑的巧妙使用,是起重要作用的。低水泥耐火澆注料的配制工藝要求較嚴,因此影響性能的因素較多。低水泥耐火澆注料的配制原則,是合理選擇顆粒級配、超微粉和外加劑品種及其用量。也就是說,超微粉、鋁酸鹽水泥和外加劑、耐火骨料、水用量,這些都是影響其性能的重要因素。
配制原則
耐火骨料和粉料系用煅燒良好的黏土熟料和高鋁礬土熟料制作。耐火骨料的最大粒徑,根據(jù)工程襯體的厚度而定,一般為10mm。其顆粒級配:10~5mm,30%~40%;5~3mm,20%~30%;3~0.15mm,30%~40%。一般來說,配制低水泥耐火澆注料時,較少用統(tǒng)料,而是用三級級配或四級級配,以達到最大的堆積密度。耐火骨料用量為68%~72%。
耐火粉料一般用二級、一級或特級高鋁礬土熟料作原料,粉磨后應進行除鐵處理,其細度<0.09mm或<0.044mm的應≥90%。配制時,可單獨用,也可按比例配合使用。有時還摻加同樣細度的氧化鋁粉、白剛玉粉或棕剛玉粉等高檔材料,以提高低水泥耐火澆注料的基質性能。耐火粉料用量為18%~25%。其中如摻高檔材料,用量為5%~10%。
耐火超微粉品種較多,國內外普遍采用活性SiO₂粉(即硅灰),還用α-Al₂O₃粉、Cr₂O₃粉和SiC粉等。其用量為2%~12%。
耐火粉料和超微粉的合計用量為28%~32%。應當指出,低水泥耐火澆注料的品種不同,超微粉用量也不同,均有相應的最佳用量,需經(jīng)試驗確定。經(jīng)驗的最佳用量為4%~10%。
在低水泥耐火澆注料中,采用的外加劑,主要是高效減水劑和分散劑,其品種有NNO、MF、NF、JN、SM,腐殖酸、檸檬酸和酒石酸等及其鹽類,三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和硼酸等,用量一般為0.03%~1.0%。選用外加劑時,應與超微粉配伍,同時應考慮材料的來源、使用方便及其成本。一般來說,有機外加劑的減水和分散效果,優(yōu)于無機外加劑。另外,還摻加膨脹劑,如藍晶石和硅線石等,以使低水泥耐火澆注料高溫下呈微膨脹狀態(tài)。
在熟知這些配制基本原則后,即能配成多品種的低水泥耐火澆注料。例如,用8~0mm的一級礬土熟料骨料70%,同級礬土熟料粉20%,625號CA-50水泥5%,硅灰5%,三聚磷酸鈉0.2%和水6.5%配成的澆注料,烘干耐壓強度20MPa,1450℃燒后耐壓強度和線收縮分別為72MPa和0.01%;上述配合比中,可用酒石酸0.03%和硼砂0.05%或用腐殖酸鈉0.3%,同樣能配制成較好的低水泥耐火澆注料。水用量一般不大于7%,越少越好。
影響因素
(一)超微粉
超微粉對低水泥耐火澆注料的作用,是決定低水泥系列耐火澆注料性能的支柱,也可毫不夸張地說,沒有超微粉,就沒有低水泥系列耐火澆注料。
SiO₂超微粉
在低水泥耐火澆注料中,超微粉主要起分散促進劑和結構密實劑的作用。前者使水泥顆粒高度分散而不絮凝,后者使組織結構微孔得到充分填實而提高強度。超微粉種類有SiO₂、α-Al₂O₃、Ca₂O₃、ZrO₂和MgO等。SiO₂超微粉的比表面積為20m2/g左右,其粒徑約為水泥顆粒的1/100,因此具有良好的分散性和填充性。圖1為SiO₂粉對低水泥澆注料性能的影響。從圖中看出,隨著SiO₂超微粉用量的增加,強度提高,耐火度降低,適宜的用量為≥3%。
(二)鋁酸鹽水泥
鋁酸鹽水泥品種較多,品種不同,配制的低水泥耐火澆注料性能也有所區(qū)別。例如,在配合比和工藝條件基本相同時,CA-50水泥和CA-70水泥用量均為5%,其烘干、800℃和1100℃燒后耐壓強度,前者分別為45MPa、51MPa和59MPa,后者相應的為65、70和74MPa。這說明,采用CA-70水泥配制的低水泥耐火澆注料性能,優(yōu)于CA-50水泥配制的低水泥澆注料性能,但成本略有提高。
澆注料的基本配合比不變,保持耐火粉料和水泥的用量為常數(shù)。水泥的最低用量,應保證有足夠的常溫強度,以滿足低水泥耐火澆注料的拆�;虻踹\的技術要求。該澆注料的常溫耐壓強度分別為15MPa和22MPa。從圖中看出,在1100℃之前,水泥用量多,燒后耐壓強度高,在1400℃和1500℃時,二者基本相似,水泥用量少的略高些。
(三)耐火骨料
在配制低水泥系列耐火澆注料時,耐火骨料一般不用破碎后的統(tǒng)料,而是采用多級顆粒級配。耐火骨料的品種不同,配制的低水泥澆注料性能也不同,耐火骨料品種不同,其澆注料的烘干耐壓強度也不同,即耐火骨料質量的優(yōu)劣,直接影響其性能。因為良好的骨碎,其氣孔率低,吸水率小,所以澆注料需水量也少,性能便可提高。
在配制低水泥系列耐火澆注料時,應選擇燒結良好、結構致密的耐火原料作耐火骨料和粉料,必要時應進行除鐵和揀選,絕對不可用欠燒或混入有害雜質的原料作骨粉料。
(四)水用量
低水泥系列耐火澆注料的水用量,與其他耐火澆注料一樣,也是在保證拌和料和易性的前提下,其水用量越少越好。這樣,澆注料成型體硬化后,氣孔少,總孔隙量降低,組織結構致密,燒后線變化小,強度提高。
從圖中看出,隨著低水泥耐火澆注料水用量的增加,其強度降低,顯氣孔率增大。最新研究結果證明,低水量不但能使低水泥耐火澆注料的總孔隙量降低,而且能加速鋁酸鹽水泥的早期水合作用,使水化物含有較少的結合水,同時單位膠結能力有所增強,因此有助于提高其常溫、烘干和中溫強度。應當指出,低水泥系列耐火澆注料的特點是低氣孔、致密和高強等,這對使用是十分有利的。但是,其氣孔被超微粉填塞,透氣度較差,在烘烤和加熱過程中,水蒸氣難以順暢的排除,易造成襯體的剝落或炸裂,這是美中不足。因此,該類耐火澆注料的烘爐,至關重要,必須根據(jù)其品種、施工體的厚度及其部位,合理的制定烘烤制度。同時,也可在耐火澆注料中摻加防爆劑,如金屬鋁粉、乳酸鋁和有機纖維等,以便使水蒸氣能暢通的排除。低水泥耐火澆注料中含有超微粉和外加劑,且搭配合理、巧妙使用,因此性能優(yōu)良。但是,受環(huán)境和作業(yè)等因素的影響,其質量和作業(yè)性易發(fā)生時效變化,即瞬時凝結、流動性降低或硬化延遲等。低水泥耐火澆注料發(fā)生時效變化的原因是多方面的。SiO₂超微粉用量過大或分散劑品種不適,易發(fā)生時效變化或使時效加劇;耐火澆注料貯運過程中受潮或淋水,是其發(fā)生時效變化的主要原因。因此,低水泥耐火澆注料的配合比,應精心設計,采用密封包裝,貯運時嚴禁受潮,同時用強制式攪拌機混料,拌和料應及時用完,這樣就可防止其發(fā)生時效變化。