剛玉-莫來石澆注料加入多少莫來石最好？

分類：石灰窯
日期：2021-07-27 21:35:37

近年來隨著水泥窯爐的日產(chǎn)量不斷提高，對耐材的要求也不斷提高，而回轉(zhuǎn)爐窯口是一個薄弱部位，使用溫度在1100~1450℃，這就意味著需要能夠承受急冷急熱的氣流沖擊，高溫水泥熟料磨損和高溫堿性氣體的腐蝕等，使用條件較為惡劣，需要使用具有良好抗熱震性、高強(qiáng)、耐磨、耐堿的澆注料，傳統(tǒng)的高鋁質(zhì)澆注料抗熱震性差，使用壽命短；而純剛玉質(zhì)澆注料性能優(yōu)異但是成本較高，而莫來石具有良好的抗熱震性、抗腐蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且成本較剛玉較低，因此使用莫來石代替部分剛玉研究窯口用剛玉-莫來石澆注料具有重要意義。
1 試驗
1.1 原料及試驗方案
試驗使用的主要原料有：70莫來石，粒度為：3~1 mm，1~0 mm;95 棕剛玉，粒度為：5~3 mm，3~1 mm，1~0 mm;93 棕剛玉粉，粒度：≤0.088 mm;α-Al2O3 微粉；CL-370 微粉；硅微粉等。使用純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑，外加高效減水劑。主要原料化學(xué)組成如表 1 所示。

表 1 主要原料的化學(xué)組成
將上述原料按照表 2 進(jìn)行配料，其中骨料與基質(zhì)質(zhì)量比為 65：35 配料。按照添加莫來石量不同進(jìn)行 5個系列實驗。先干混2 min后加入適量的水?dāng)?5 min混勻，腳注成型為160 mm×40 mm×40 mm 的試樣，24 h后脫模，試樣經(jīng)過110℃保溫 24 h 烘干和1 100和1 450℃保溫3 h 熱處理后，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別測其體積密度、線變化、常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度、水冷法測試 1 100℃的抗熱震性能。

配料組成
2 結(jié)果與分析
2.1 莫來石加入量對澆注料性能的影響
因為使用的莫來石為片狀結(jié)構(gòu)，有研究表明此結(jié)構(gòu)影響澆注料的流動性，會增加澆注料的加水量，所以為降低此影響，加入的莫來石為中顆粒 3~1 mm、1~0 mm。按照以上的試驗配方得到的結(jié)果如下。

表 3 1 450 ℃燒后線變化及試樣外觀
從圖 1 和圖 2 中可以看出，隨著莫來石加入量的增加，剛玉-莫來石澆注料的體積密度在中低溫時逐漸減小，氣孔率逐漸升高，這是由于純鋁酸鈣水泥在中低溫時失水形成了孔隙，并且沒有得到很好的燒結(jié)，而在高溫時試樣體積密度隨莫來石的加入量逐漸上升，氣孔率逐漸下降，是因為此時加入的微粉、水泥充分燒結(jié)填充了孔隙，試樣充分陶瓷化，因而造成了這種現(xiàn)象。

從圖 3 和圖 4 中可以看出，在中低溫情況下，莫來石的加入量對澆注料的中高溫抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度影響不大，這是因為剛玉-莫來石澆注料使用純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑，沒有高溫?zé)Y(jié)時，材料的強(qiáng)度主要受水泥影響，在配方骨料基質(zhì)基本一致時，澆注料表現(xiàn)出性能基本一致。在高溫下抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，耐壓強(qiáng)度也有這種趨勢，同時結(jié)合表 3 中線變化及試樣外觀出現(xiàn)的情況，是由于純鋁酸鈣水泥中的 CA 相在高溫下與富余的莫來石反應(yīng)生成了低熔物導(dǎo)致了澆注料的強(qiáng)度降低，同時莫來石與剛玉的熱膨脹系數(shù)差異大，在冷卻過程中會在剛玉周圍產(chǎn)生裂紋。當(dāng)加入量低于 20%(w)時，收縮與膨脹互補(bǔ)所以線變化較小，當(dāng)莫來石加入量大于 25%(w)時，收縮大于膨脹，進(jìn)而造成了表面嚴(yán)重裂紋及嚴(yán)重變形。

水冷法測試 1 100 ℃時的抗熱震性結(jié)果，如圖 5 所示。
從圖 5 可以看出，隨著莫來的加入澆注料的抗熱震性出現(xiàn)先增加后減小的變化，隨著莫來石的逐漸增多，莫來石就不會完全被分解，這對提高抗熱震性是有益的，同時分解的莫來石在未分解的莫來石周圍形成緩沖帶提高了抗熱震性，輕微的裂紋也可以給材料提供一定的緩沖區(qū)域進(jìn)一步提高了抗熱震性，但是當(dāng)加入莫來石過多時，就造成了大量的裂紋及嚴(yán)重變形，嚴(yán)重影響了材料的抗熱震性。

試驗結(jié)果表明，當(dāng)莫來石加入量大于 25%(w)時，澆注料已無法滿足使用要求，結(jié)合性價比及試驗結(jié)果莫來石的加入量以 20%(w)為最優(yōu)。
3 結(jié)論
(1)隨著莫來石加入量的增加，中低溫澆注料體積密度呈下降趨勢，氣孔率逐漸上升，高溫體積密度逐漸增加，氣孔率逐漸下降；
(2)對中低溫抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度影響不大，高溫情況下抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降；
(3)抗熱震性隨著莫來石的加入量增高呈現(xiàn)先上升下降趨勢，一定程度的裂紋有助于提高澆注料的抗熱震性。
(4)從試驗結(jié)果可以看出當(dāng)莫來石加入量 20%(w)時，可以獲得性能、性價比較高的剛玉-莫來石澆注料。

標(biāo)簽

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