基质优化和组合以改善浇注料性能

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1、基质优化和组合以改善浇注料性畿刘新域 青岛美铝有限公司Gangolf WKri echbaum，Rainer KockegeyLorenzAlcoa World Chemicals，Frankfurt，Germany摘要基质是耐火浇注料的重要组成部分，其性能决定着浇注料的流变性、作业性和强度， 并直接影响耐火浇注料的使用性能。优化基质中的煅烧和活性氧化铝，铝酸钙水泥，外加剂以 及扳状刚玉或其他细粉可明显改善基质所表现出的诸性能经优化的基质体系即基质优化系统 (MAs)可获得施工时间可控的低加水量(振动浇注料为4636，自流浇注料为5o一40)， 的高强度自流或振动浇注料，实现了浇注料配方设计的

2、菜单化美铝组合基质(IM)所定制 的高稳定性基质进一步简化了浇注料配方设计，同一种基质可满足振动或自流所需要的作业 性，并可通过骨料替换获得不同性能的浇注料以满足不同的使用要求。1耐火材料基质组成及原料性能11耐火材料基质组成 耐火浇注料是曲颗粒部分和细粉即基质两部分组成。配方中的颗粒部分(45um)约占总量的6575。对高铝质浇注料而言，所用颗粒原料为板状刚玉、镁铝尖晶石、电熔刚玉、高 铝矾土、焦宝石等或上述原料的搭配组合。颗粒部分所用材质在很大程度上决定着浇注料的本 质。在诸如透气砖、座砖、钢包浇注料等生产中，广泛使用板状刚玉、镁铝尖晶石等高纯合成 原料。基质部分由煅烧或活性氧化铝或si0

3、2微粉，铝酸钙水泥、外加剂如分散性氧化铝以及板 状刚玉或其他细粉构成。这一四元系统可用下图表示。图1 耐火材料基质组成图6 0虽然基质只占浇注料的2535但上述四种原料的共同作用将对浇注料的性能产生决定 性影响，包括：流变性(加水量，流动性等)作业性(凝结时间，振动或自流施T等)强度(早期强度、高温强度等)使用性能(线变化、抗渣性等)12基质原料性能l。2。l锆酸钙水泥 高性能低水泥或超低水泥浇注料通常使用A1203含量为70或80的纯铝酸钙水泥。80水泥是由水泥熟料和煅烧氧化铝细粉组成，并含有外加剂。在预制件、喷补料、修补料等生 产中多采用80水泥。而70水泥为典型的纯熟料水泥，因此其应用范

4、围更广并具有配方设 计的灵活性。高性能Lcc和uLcc更多地采用70水泥。在浇注料中水泥的作用如下：水化反应而赋予浇注料适宜的早期强度适宜的反应速度而赋予浇注料足够的施工时问高温下与A1203反应形成cA6而赋予浇注料陶瓷结合 水泥方面的进展主要体现在性能的一致性和高度的再现性。cAl470水泥便体现了这一进展。与一般70相比，cAl4水泥加水量少，同等条件流动性更好，并且更加稳定。为更好控 制和稳定凝结时间cAl4水泥被分为以下三种以更好适用不同使用条件。表1 70水泥(cAl删巾s)的凝结性能r名称 性能 终凝cAl4W(冬天)快速凝结 170一250分钟IcAl4M(一般)中速凝结 25

5、0一350分钟fcAl4s(夏天)慢速凝结 350一480分钟cA270是专门为低加水量浇注料而优化设计的。其主要特点是其水泥熟料非常致密，cA相 比例更高且稳定，粘度更细且呈双峰正态分布。这些性能决定了浇注料的紧密堆积更好，加水 量更低，流动性更好，强度更高。j22煅烧及活性氧诧铝 与煅烧氧化铝相比活性氧化铝具有以下特点：原始晶体尺寸小，一般小于1磨细至无晶体团聚即单晶状态61比表面积大，一般大于15一g氧化钠含鼍低一般小于O1 就粒度分布而言，氧化铝微粉由单峰和双峰或多峰正态分布之分(见表2)。双峰或多峰氧化铝是指其颗粒正态分布曲线有两个或多个峰值。通过改善基质的最紧密堆积，双峰或多峰氧

6、化铝可以改善浇注料的性能，如：降低加水景改善流动性提高高温强度降低线收缩表2典型煅烧氧化铝和活性氧化铝性能品种 煅烧氧化铝 活性氧化铝 活性铝镁尖品石名称 CT9FGCT800SG CL370C CTC20CTC30CTC50CTC55Al，n995 997 997997 998 998 91ONa0 015 0，12 01l 01l 010016 O1 0BET(mt一 08 10 3O 21 38 41 38 粒度分布 单峰 单睦 双峰 蕈蛏 双峰 多峰 多峰 D50一Ci lasum50 36 25 l_9 l-6 I6 I7D90ci 1asum 47 51 10O 98lj 23辨掘

7、帮外加剂的主要作用是有效分散基质细粉和控制浇注料的固化。使用过程中外加剂加入最一 般在Ool一015之问，很难保证其混合均匀从而影响分散效果，且不同体系需要4i同的外加 剂。分散氧化铝正是为解决这一缺点而开发的。分散氧化铝是经化学改性的活性氧化铝分为 缓凝如：ADsl，ADs3和MADsl和促凝如IADsl和MADWl两类。ADSw适用于无si02微粉基质， 姒Dsw适用于含si02微粉基质，ADs3的缓凝效果比ADsl更强。实际使用时缓凝和促凝分散 氧化铝须共同使用在总量为1的条件下可获得较好的分敞效果。浇注料的凝固时间可通过 改变促凝和缓凝分散氧化铝的比例来调节。与一般外加剂相比，分散氧化

8、铝的优点如下：在浇注料中均匀分布适用性强早具有高度再现性可在很宽温度范围有效调节固化时问 通过浇注料的放热反应可以清楚看出不同比率的分散氧化铝组合对同化行为的影响(表3)。62-表3分散氧化铝加入比仞对浇注料固化时间的影响T鲥撑 O12TtTen事 。C3 7 7A1 110 5ADSl一 一 05ADS3 一 -EXOSbrth 2 91 12 7EOxh 13 7 318 7l?24板状鼬玉或其他细耪 用于基质的细粉一般有一100目，一200目和一325目。新开发的板状刚玉一20u曲的粒度更细，中位径为35u吼且其粒度分布为双峰分布(见图2)。添加板状刚玉一20umB的基质可以改善浇 注料

9、的流动性，降低线变化，并改善高温性能。芎rx己点#暑c，图2板状刚玉一20 u mB的正态粒度分布2基质原料对浇注料性能的影响在相同配方和试验条件下进行替换试验，以了解不同基质原料对浇注料性能的影响。所采 用的配方如下表4所示。试验配方为一个传流浇注料(ca0含量为3，80水泥)和四个低 水泥浇注料(caO含量为15，70水泥)。加水量是以浇注料100流动值为标准确定的。63表4替换试验所用浇注料配比原料粒度或品种 传流浇注料 低水泥浇注料扳状刚颗粒及一325目细耪 8585铝酸钙水泥 80水泥 15 7570水泥 5煅烧及活性氯化铝 75 10H，07O 4 360I添羽剂寨碳酸盐(kv50

10、44) AD冒1ADSl21浇连料加水量图3为上述五种浇注料所需的加水量。传流水泥浇注料需要7的加水量可能达到所需要 的流动稠度。降低80水泥加入量至75并相应添加75的煅烧氧化铝cT800sG的低水泥 浇注料，加水量可降低至6。用70水泥cAl4s代替80水泥并相互添加lo的cT800sG 加水量进一步降低至53。通过替换水泥和活性氧化铝，浇注料加水量可进一步降低至43。15 55 cAco4S a砭70C珊10 10 10 嘞一 Cr800SGCl黜C嘞图3不同基质组合对浇注料加水量的影响低加水量预示着基质得到优化并达到较好的紧密堆积。这可以从浇注料的体积密度变化上 反映出来。75cAc+

11、75cT800SG浇注料在20养护后和1500烧成后的体积密度分别为310和28c一，而5CA270+10cTc30浇注料在相应条件下的体积密度分别为318和3089cm6 42 2浇洼料强度 图4为浇注料在20养护24小时后和在1500保温5小时的耐压强度和高温抗折强度。传统水泥浇注料由于加入15的80水泥，因而养护后具有很高的耐压强度。但由于基质紧 密堆积差和cao含量高。其在1500下的高温抗折仅为5M口a。优化基质中的水泥和氧化铝微 粉可显著提高养护强度和高温抗折强度。配方5cA270+10crc30的养护强度与15水泥 的配方相当，高温抗折强度却是后者的三倍多。 “ 侣 仲o0 15

12、7 5 5 5 5 80CAC 80CAC CAl4S CA270CA270 7 5 0 10 |0 CTB00SGCT800SGCL370CCTC30围4不同基质组台对浇注料强度的影响值得指出的是基质的改进不仅仅是养护强度和高温抗折强度的提高。在所有温度范围内浇 注料的强度均得到改善如配方75cAc+75，6cT800SG和配方5cA270+10CTc30在1000烧后的强度分别为315Mpa和686Mpa。3基质优化系统(Ms)基质优化系统是一种浇注料配方设计的概念这一概念是在丈量有关基质优化组合 研究基础上提出的。其目的在于把选择的基质原料有机地组合在一起，以获得可满足振动 (VIB)自

13、流(SF)及喷扑(GuN)等施工要求的优化基质。以及优异的浇注料性能。姒S的原 则包括：采用70水泥如cA“或cA270以满足不同使用要求，简化配方设计。适宜的活性氧化铝以满足振动、自流和喷朴旖工(触变性、胀粘性、塑粘性)。使用分散氧化铝有效分散基质并控制浇注料同化。基质达到最紧密堆积。65基于以上原则，基质优化系统推荐的原料组合如下：铅酸钙水泥一70水泥如cAl4或cA270煅烧或活性氧化铝一如cT800FG、cL370c、cTc20、cTc30、眦50、cTc55或高纯siOz微粉。分散性氧化铝Dsw用于无si0：体系，姒Dsw用于含sioz体系。 刚玉细粉如扳状刚玉325目及一20 u

14、mB超细粉。 基质优化系统并非一成H；变的。配方设计可根据实际需要进行调整。表5为八个基于基质优化系统的振动浇注料。优化的基质对降低浇注料加水量，改善流动性，提高高温性能作用显著。表5基于基质优化系统的浇注料的性能振动浇注料 自流浇注料原料 1jbubr1203SD21jbular TabuIarsDIneI Tabubr b03-S102 TabuIar 1jbulas口ineI1jbular aIumiM 737 柏S5 60 655T帕 耐火骨料 MsDinel 17基质00 2mm15151551212TabuIarO-O045 mm128 8 9aluminaO_002mm 770-O“5 mm5 9 MAsDIn刚 0-002 mm 7CL370C 10Rctive CTC20 10 10a JumjmCTC30 1313CTC5017Rctive sDineI C155 17Si01礼me EIkem 983U 3 3CAl452 Ccemem CA270 5 55555AOSl0 7507S O75 08O75 05DW025 025 025 O2O25 O5Djspe傅mg AIuminaMDSlO75 035MADWlO25 035加康盈 46 37 36 36 4