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1、摘 要为了提高高铝质浇注料的性能，本文研究了骨料对高铝质低水泥浇注料性能的影响。实验合理制定相应的实验方案、制备试样，并对试样进行热处理，检测试样的各项力学性能，通过实验结果的分析讨论，找出骨料与高铝质低水泥浇注料性能、配方组成及技术参数之间的关系，分析机理，着重研究了骨料对高铝质低水泥浇注料性能的影响，从而得出了这些试样与其物理性能之间的关系，在本试验条件下，进而获得高铝质低水泥浇注料的最优组成。研究结果表明:骨料种类对浇注料的强度和密度的影响主要由其自身力学与高温烧结性能决定，且骨料种类相对于颗粒形状和表面性状而言对流动度的影响要小一些。球形颗粒有利于改善浇注料的流动性，但对浇注料的其它物
2、理性能影响较小。而骨料的粒度组成对浇注料的物理性能有较大的影响，以骨料粒度组成为8-5mm:5-3mm:3-1mm=22:18:16的浇注料性能较佳。铝酸盐水泥对浇注料的烘干强度影响较大；添加硅微粉有利于改善浇注料的流动性和烧结性，进而使浇注料的中温强度等性能得到改善;成型加水量多虽然使浇注料流动值增大，但同时会对浇注料的其他物理性能产生较大的不利影响。关键词：高铝质低水泥浇注料；骨料；浇注料组成；物理性能 Abstract In order to improve the physical properties of high alumina castables, this thesis ag
3、gregate castable high alumina preparation conditions for the study of the system. Reasonable experiment to develop appropriate experimental preparation of the sample, and samples for heat treatment, testing the mechanical properties of the sample through the analysis of experimental results discusse
4、d to identify the aggregate and high alumina low cement castable, recipe the relationship between the composition and technical parameters, analysis of the mechanism, focuses on the impact of aggregate on high alumina low cement castable, the relationship between the system and its physical properti
5、es, and thus high alumina low cement castable optimization components, to achieve the best economic use of effects. The results show that: Aggregate type on the strength and density of the castable mainly by the mechanics and high-temperature sintering performance of the decision, and the aggregate
6、species relative to the particle shape and surface characteristics of fluidity is smaller. Spherical particles will help to improve the fluidity of the castable, but other physical properties of the castable. Aggregate size composition had a greater influence on the physical properties of castable a
7、ggregate size 8 5mm: a 3mm 5: 3 a 1mm = 10:20:20 castable better. Of aggregate particles while mullite and grade bauxite combined with the overall best. Cement castables drying intensity; Add microsilica to improve mobility and sintering of the casting material, and thus make castable temperature st
8、rength with improved performance; molding water content more than castable increase , but will castable other physical properties have a greater adverse effects.Keywords:High alumina low cement castable; aggregate; castable composition; physical properties目 录第一章 文献综述11.1耐火浇注料的定义及其发展11.1.1耐火浇注料的定义及特点
9、11.1.2耐火浇注料的发展概述21.2高铝水泥的性能及其胶结原理51.2.1高铝水泥简介51.2.2高铝水泥的胶结原理51.3浇注料的抗折抗压强度61.4 高铝矾土加热过程中的物理化学变化71.5 影响浇注料性能的因素81.6 课题的研究意义9第二章 实验研究方案112.1 原料成分112.2试样制备112.3实验仪器122.4实验过程122.5 性能测试152.5.1线变化率的测试152.5.2体积密度的检测162.5.3 抗折强度的检测162.5.4耐压强度的检测172.5.5 XRD分析173.1骨料对低水泥浇注料线变化率的影响183.2骨料对低水泥浇注料抗折强度的影响193.3骨料对
10、低水泥浇注料抗压强度的影响213.4减水剂及成型水量对浇注料性能的影响233.5蓝晶石加入量对浇注料性能的影响243.6硅溶胶加入量对高铝质低水泥浇注料性能的影响253.7硅微粉加入量对低水泥浇注料性能的影响273.8 X-衍射的物相分析28第四章 结 论31参考文献32致 谢33第一章 文献综述引言随着各工业部门的新技术、新工艺、新装备的不断涌现，促进了工业窑炉的巨大变革，也推动了耐火材料技术的发展进程。作为不定形耐火材料的重要组成部分耐火浇注料，也取得了长足性的进步，尤其是以超细粉、铝酸钙水泥、矾土水泥结合的低水泥和无水泥浇注料的发展。由于超细粉的比表面积大、活性大、容易与其它成分发生反应
11、，因而它可以明显地促进制品的烧结。超细粉的引入使得浇注料的结合机理发生了变化，浇注料的性能及其使用性能都得到了明显的改善。特别是硅微粉和氧化铝微粉的引入，不仅保证了浇注料具有足够的中温强度，而且也大大减少了浇注成型时的加水量，使得浇注料具有较好的施工性能并且具有较高的体积密度和较低的气孔率。正因为低水泥、超低水泥和无水泥浇注料具有优越的物理性能，才使得浇注料的应用范围得到了很大的扩展。在连铸钢包内衬、高炉出铁沟、炉外精炼等系统也得到了广泛的推广和应用。本课题通过研究浇注料的骨料组成等制备条件对高铝质低水泥耐火浇注料性能的影响。从而得出它们之间的一般规律，进而提高浇注料的各项性能。1.1耐火浇注
12、料的定义及其发展1.1.1耐火浇注料的定义及特点耐火浇注料是一种不定形耐火材料，是一种不经锻烧、不经成形、加水搅拌后具有较好流动性的新型耐火材料。砌体结构接缝少、整体性强、密闭性好、可避免粉料渗入，同传统的耐火制品相比，耐火浇注料具有如下特点:(l）易于锚固，可有效防止墙体凸出;(2)施工方便、劳动强度低、砌筑效率高、可实现筑炉机械化;(3)交货时间短，可相应减少库存量和费用。耐火浇注料取材广泛，便于综合利用资源。通常对构成此种材料的粒状料称耐火骨料、对粉状料称掺合料(耐火粉料或细粉)以及结合剂和添加剂。耐火骨料:一般系指粒径大于0.088mm的颗粒料，它是不定形耐火材料组织结构中的主体材料，
13、起骨架作用，决定其物理性能和高温使用性能，也是决定材料属性及其应用范围的重要依据。生产实践证明，良好的颗粒级配，能获得致密性高、性能好的材料，一般来说，耐火骨料的品种和临界粒径，应根据炉衬厚度、施工方法和使用条件的要求来选择。耐火粉料也称细粉，一般系指粒径等于或小于0.088mm的颗粒料。它是不定形耐火材料组织结构中的基质材料，一般在高温作用下起联结或胶结耐火骨料的作用，使之获得高温物理力学和使用性能。细粉能填充耐火骨料的孔隙，也能赋予或改善拌和料的作业性和提高材料的致密度，当细粉粒径小于5微米，则称为超细粉，同时也可引入纳米粉料。现代，在不定形耐火材料组成中，加入适当形状和活性的超微粉或纳米
14、材料，能显著提高某些性能，从而配制成不定形耐火材料的高级新品种。结合剂能使耐火骨料和粉料胶结起来并显示一定强度的材料，它是不定形耐火材料的重要组分，可用无机、有机及其复合物等材料。其主要品种有:水泥、水玻璃、磷酸、溶胶、树脂、软质粘土和某些超微粉等。结合剂在一定的条件下，过化学、水合、聚合和凝聚等作用，使拌和物硬化获得强度，一般结合剂含有较多的低熔点物质，价格也较贵，在保存材料的初始强度和高温性能的前提下，应尽量减少其用量。外加剂是强化结合剂作用和提高基质相性能的材料，它是耐火骨料、耐火粉料和结合剂构成的基本组分之外的材料，故称外加剂。外加剂种类较多，分为促凝剂、分散剂、减水剂、抑制剂、早强剂
15、、缓凝剂、防爆剂、快干剂、烧结剂和膨胀剂等。外加剂可用单一物质，也可用复合物质，有时按基本组分掺加，能降低材料收缩和提高烧结性，具体选择应根据材料性能、施工要求和使用条件决定。1.1.2耐火浇注料的发展概述在不定形耐火材料中，浇注料所占比例最大。自从浇注料问世以来，无论是产量还是品种都得到了巨大的发展。早期的浇注料是由矾土水泥结合的，甚至是普通硅酸盐水泥结合的硅酸铝质浇注料，水泥加入量为15%一35%。由于矾土水泥中CaO含量相当高，浇注料中CaO的含量达到3%一11%，CaO与浇注料中的A12O3和SiO2反应生成钙长石(CaOA12O32SiO2)等低熔物，大大降低了硅酸铝质浇注料的耐火度
16、和高温结合强度等高温性能，而且它的抗侵蚀能力和抗冲刷能力都会下降，使得这种浇注料一般只能在1300以下使用。此外，这种浇注料养护强度有赖于水泥结合剂中各种水化物形成凝胶，加热使水化物脱水，在800一1000之间，由于水化物结构和陶瓷结构更替过程中的化学反应而导致体积收缩，形成疏松状结构，造成中温强度降低，从而导致浇注料结构区域性破坏，这对于普通浇注料的使用性能极为有害。60年代前后发展了低钙铝酸盐水泥和纯铝酸钙水泥，它们的矿物以CaO2A12O3为主，使铝酸钙水泥中的CaO含量由33一35%降低到21一25%。这使得高铝骨料和刚玉骨料配置成的浇注料的使用温度从1300以下提高到了1450一16
17、00。但是采用低铝酸盐水泥和纯铝酸钙水泥，仍有一定量的CaO带入到耐火浇注料中，影响其高温结构强度和其它的高温性能。因此，近年来，国内外一些学者致力于研究开发低水泥、超低水泥甚至无水泥浇注料，使浇注料中的铝酸钙水泥加入量由21%一35%下降到5一7%(低水泥浇注料)，1一3%(超低水泥浇注料)，甚至无水泥浇注料。在浇注料的发展中，结合剂的发展是关键。与浇注料的发展阶段相对应，结合剂的发展可分为三个阶段:第一个阶段是使用铝酸盐水泥作为结合剂;第二个阶段是结合剂的选取逐渐扩大到各种无机非水合物结合剂，如磷酸，硫酸铝，水玻璃，聚氯化铝，聚合磷酸盐等，同时也发展了粘土结合浇注料;第三个阶段是70年代末
18、开始至今，采用复合结合剂，超微粉及高效外加剂。从此开始了以添加超细粉及其它添加剂为特征的高技术浇注料时代。在原料的加工处理方面也有很大进展，对骨料的颗粒形状进行改变，由破碎后不规则的颗粒形状加工成近等轴状颗粒，改善了拌合料的流变特性。粉料的加工细度越来越小，提高了基质料的活性和烧结性。在配料方面，低水泥、超低水泥浇注料和无水泥浇注料同普通耐火浇注料是相似的，它们都是由耐火骨料，细粉和结合剂组成。所不同的是在由细粉、结合剂组成的基质中，用超细粉2.5低水泥浇注料(LCC)1一2.5超低水泥浇注料(ULCC)0.2一1.0无水泥浇注料(NCC)0.2低水泥浇注料、超低水泥浇注料、无水泥浇注料具有一
19、系列的优点:(1)由于水泥加入量只有普通浇注料的1/2一1/15，带入浇注料中的CaO由2.5一8.0%降低到0一2.5%，基质中形成的低共熔相数量大大减少。因而耐火度，高温强度和抗渣性得到提高。(2)加水量只有普通浇注料的1/2一1/3，因而气孔率低，体积密度高，可与同种材质的烧成品相媲美。(3)成型养护后的水泥水化物少，或无水泥水化物。在加热烘烤时，不存在大量水合键被破坏而影响强度的问题，而是随着热处理温度的升高而逐渐烧结，强度也逐渐提高。尤其在中温区(900一1200)机械力学强度比烘干强度还高。随着低水泥浇注料的不断使用和超低水泥浇注料的研究应用，安装施工工艺有了明显进步。近年来国内外
20、在改善施工方法上做了大量的研究工作，研究开发出无需振动施工的低水泥浇注料即自流浇注料(SFC/FFC)。低水泥浇注料在低水量时，其基质组成具有关键的分布状态，从而决定了其性能的发挥。自流浇注料研究的关键是在含水量不作大改变的前提下，提高浇注料的流动性能。在满足低水泥浇注料原有性能的基础上，通过调节配料成分来获得较高的自流性能，使浇注料在自身重量的作用下实现施工简单化，从而降低施工费用。 不定形耐火材料因在生产、劳动生产率、节能、施工效率、适用性、使用安全性、材料消耗等方面有胜过定形耐火制品的优势，在世界各国都得到迅猛的发展。其在整个耐火材料中所占的比例，已成为衡量耐火材料行业技术发展水平的重要
21、标志。作为世界上耐火材料技术的先进国家，日本1992年率先成为不定形耐火材料产量超过定形耐火材料的国家。目前，日本不定形耐火材料产量占整个耐火材料的比例为60%左右;美国的为50%左右;欧洲国家如英、德、法等为40%一50%;中国未见权威的统计数字，估计在30%以下。但中国的耐火材料总产量超过1100万t，不定形耐火材料的绝对数量当是世界上首位的。当前和今后，中国的不定形耐火材料仍有很大的发展空间。 近年来，由于优质、高性能原料包括结合剂的采用，超细粉和分散技术的应用，高效添加剂的引入，粒度分布全范围的优化，引人某些非氧化物制成氧化物一非氧化物复合的材料，采用新型的先进施工方法以及基础研究的加
22、强等，不定形耐火材料在材质、品种、性能、施工、应用等方面的发展十分活跃，新东西可谓层出不穷。 目前，不定形耐火材料已使用了半个多世纪，发生了许多变化，其中骨料的优化与结合剂的更新促进了性能的根本改善。60年代初，应用高AbO3含量的纯铝酸钙水泥使传统浇注料在各种高温设备上得到普遍应用。传统浇注料中，强度直接取决于添加的水泥量，为获得高强度，不得不增加水泥含量。尽管低温性能得到了改善，但由于用水量增加，产生了更多气孔，中温和高温性能没有什么变化。70年代末至80年代初，出现了低水泥和超低水泥浇注料。低水泥浇注料的发展开始用部分超细原料代替水泥，例如粘土、二氧化硅微粉和氧化铝粉，尽管初始需水量减少
23、，但干燥时间增加，否则容易造成开裂。随后，低水泥浇注料(LCC)和超低水泥浇注料(ULCC)有了长足发展。通常当温度升高到1500以上时，由于添加了二氧化硅微粉，减少了水泥量，高温性能有了相当大的提高。但由于浇注料强度降低，仍然限制了它们的高温使用范围。 80年代末，在捣打料、喷补料及浇注料中开始使用无定形SiO2微粉，捣打料中多使用有机结合剂，喷补料中多使用无机结合剂，捣打料及喷补料的性能比传统的配方性能更好。无定形SiO2配制的材料可以泵送且不影响浇注料性能，因而使其成为重要的耐火原料。当将无定形510:用于浇注料配方中时，浇注料可变得自流。无定形SiO2结合的配方比水泥结合的浇注料配方在
24、物理和化学性能更优异。 90年代初，低水泥浇注料应用了喷补技术，它结合了喷补料的方便性和LCC的优异性能，最近无定型的SiO2结合的泵送料与喷补料已成功应用，性能更好，这将在不同应用领域改善耐火材料的性能。正如名字一样，捣打料通过捣打施工。起初用铁锤捣打，后来使用空气锤，减少了施工时间并改善了性能。树脂结合的捣打料因其性能好、施工方便，在高炉中应用很广。应用最好和最普遍的捣打料是酚醛树脂结合捣打料，由于树脂的聚合作用，其固化强度高。但随温度升高，炭素氧化，产生了于树脂的聚合作用，其固化强度高。但随温度升高，炭素氧化，产生了高气孔率，导致密度和强度降低。性能的损坏使得它极易受侵蚀，特别是在接触铁
25、水和炉渣的部位。添加无定形SiO2作为结合剂，能在整个升温过程中显著地提高材料的性能。无定形SiO2结合的捣打料除了有优异性能外，另有一个显著优点，即用酚醛树脂作结合剂在生产和施工中会有害健康，而无定形SiO2结合的捣打料中没有有机结合剂，消除了对人体的危害。1.2高铝水泥的性能及其胶结原理1.2.1高铝水泥简介高铝水泥主要包括铝酸钙水泥及铝酸钡水泥等，应用最为广泛的是铝酸钙水泥，国内通常称为铝酸盐水泥。铝酸盐水泥一般是以铝土矿和石灰石为原料，按一定比例配料并经烧结或熔融，成为以弱碱性铝酸钙为主要成分的熟料或熔融块，再磨细制成的水硬性胶凝材料。它具有快硬高强、耐火和抗硫酸盐侵蚀等特点，是耐火材
26、料良好的胶结剂。主要品种有:矾土水泥、低钙铝酸盐水泥和纯铝酸钙水泥等。现在虽然有许多优质胶结剂出现，但铝酸盐水泥仍是不定形耐火材料特别是浇注料中使用最广的一种结合剂。1.2.2高铝水泥的胶结原理铝酸盐水泥中含有大量的CA，因而CA的水化及其水化产物结晶的情况对铝酸盐水泥的水化和硬化的影响至关重要。CA的水化过程与水化产物和养护温度有密切的关系。当温度不同时，水化反应的过程和产物也不同，其反应机理如下所示:CaOA12O3+H20一CaOA12O310H2O(六方)(25Co) 35一453CaOA12O3.6H20(六方）+A12O3.3H2O (1-1)上述形成CAH10或C2AH8的温度还
27、可能受水泥中C12A7含量以及碱含量的影响。C2AH6在养护中进一步且更多地出现，既可由CAH10转化而得，也可由水泥充分水化而得。在常温潮湿的环境下养护时，虽然可使C2AH8转化为C3AH6，但速度极为缓慢，只有在提高温度后才能很快转化。之所以发生由CAH10和C2AH8向C3AH6的转化，是因为在常温下只有立方晶系的C3AH6和Al2O3.3H20是稳定相。六方晶系的亚稳定相CAH10和C2AH8只在较低的温度下存在，随着温度的提高转化成C3AH6，特别是在轻微压力和水蒸气存在的情况下更是如此。CA2的水化反应与CA基本相似。其水化反应式如下:CaO2A12O3+H2O一CaOA12O31
28、0H2O+A12O33H2O (1-2)此种水化反应的速度在常温下较CA的慢，但随着养护温度的提高，可显著地得到提高。若增加PH值，可加速CA2的水化。水泥中C12A7的水化按类似于CA的方式进行，超过30只形成C3AH6和AH13。由于C12A7与晶体中铝和钙的配位极不规则，晶格具有大量结构孔洞，其中的氧容易被OH和卤素等置换生成11CaO7A12O3CaCl2和11CaO7A1203CaF等，可非常迅速的水化而发生速凝现象。随着养护时间的延长，铝酸盐水泥中各种可水化矿物的持续水化，水泥浆由无水相经溶解逐渐形成胶体和水化铝酸钙的结晶作用而凝结硬化，强度不断增加，形成坚强的水泥石。1.3浇注料
29、的抗折抗压强度SiO2微粉的低温结合机理，经红外光谱分析显示:SiO2微粉在水化后，表面形成类似硅胶结构的Si一OH键，烘干过程中，大量的Si一OH键脱水聚合成由si一0一Si键结合牢固的微粉长链，随后进一步形成网状si一O一Si键结合的结构。这是由于其表面轻基较多的缘故，这种结构是SiO2微粉低温下具有高强度的来源，该网络结构一直保持到250也无变化8。SiO2微粉加入到浇注料或定型制品中之后，使得制品具有很高的中温烧后强度。这是由于它能把微粉之间形成的网络结构一直保持到1200以上的缘故。根据SiO2微粉加入浇注料后所接触的粉体不同，它的结合机理又可分为三类:第一类是已被大量实验所证实的即
30、含A1203的粉体，诸如各种A12O3粉、高铝矾土熟料粉。这类物质除活性A12O3(p一A12O3)微粉外都无水化反应，在低温下这些粉体附在SiO2微粉所形成的网状链上具有较高的低温强度。而到700后则在链的范围内与SiO2微粉反应形成非化学计量化合物，直到最终12000C左右形成较大的莫来石晶体。由于莫来石的针状交错晶体和原网状链的双重作用，使它具有在中温(约1000)烧后，达到l00MPa以上的冷态耐压强度:第二类是SiO2微粉加入浇注料后所接触到的能形成水化物的粉体，如:铝酸钙水泥、硅酸盐水泥、p一A12O3镁砂粉等。实验表明，当SiO2微粉加入到这些粉体中时，在低温下能改变原来的水化物
31、并与它们形成新的水化物。这些水化物也形成网状链，并且除了铝酸钙水泥外，p一A12O3和镁砂粉与SiO2微粉形成的新水化物都能将其形态保持到1200以上，从而保证了它们较高的中温烧后强度。铝酸钙水泥与SiO2微粉混合后形成的新水化物链可基本将其形态保持到1100，其后则在周围形成环状晶体，使耐压强度比其它几种略低。这一类粉体还有一个特点，就是除了在中温下与SiO2微粉之间形成新的水化物外，还有其它的化学反应。例如p一A12O3与SiO2微粉所形成的新水化物分解后，也能在700后形成非化学计量化合物，最终形成莫来石晶体。而镁砂粉则能在805与SiO2微粉形成镁橄榄石，这类反应对强度的影响是各不相同
32、的;第三类是SiO2微粉加入浇注料后所接触到的即无水化反应又不与SiO2微粉起其它化学反应的粉体。如SIC，ZrSiO4等粉体，从低温到1200以上，这些粉体都附着在因SiO2微粉表面水化所形成的硅胶脱水聚合成的网状链上。这种网状链在中温范围内不变的形态则保证了这类浇注料或制品具有相当高的中温烧后冷态强度。高温处理后的强度主要来自高温烧结，生成高强度结构。微粉由于表面缺陷多，表面质点的活化和无序化，具有能态高、活性大的特点，从而可以促进烧结过程。李晓明通过微粉促进烧结性能的实验得出以下结论:一是微粉填隙减少了气孔，当然加入量不能太大，否则因堆积密度小和不能紧密堆积而导致不够致密;二是微粉分布在
33、颗粒边缘，因其表面活性和质点可动性，能在较低的温度下与颗粒结合得较好，从而使制品致密化，强度增加，促进烧结。这个作用只有在微粉粒度小于5m随时才表现得比较明显。1.4 高铝矾土加热过程中的物理化学变化高铝矾土加热时所发生的一系列物理化学反应，是制造高铝制品的基础。高铝矾土在加热过程中可分为三个阶段:分解阶段、二次莫来石化阶段和重结晶烧结阶段。(1)分解阶段在400一1200范围内是高铝矾土的分解阶段，在这个阶段，水铝石和高岭石先后发生脱水反应。高岭石分解为莫来石和游离SiO2，水铝石脱水形成刚玉假相。反应式为:A12O3.2SiO2.2H2O一A12O3.2SiO2+2H2O (1-3)3(A
34、12O3.2SiO2)一3A1203.2SiO2.+4H2O (1-4)a-A12O3.2H20一a-A12O3+H2O (1-5)高铝矾土的脱水反应一般开始于400，至450一600反应激烈，700一800反应完成。水铝石脱水后，形成刚玉假相。在较高温度下逐渐变为刚玉。高岭石脱水后，形成无水高岭石，950以上，无水高岭石转变为莫来石(称为一次莫来石)和非晶质的SiO2，后者在高温下与A1203形成莫来石。(2)二次莫来石化阶段在这个阶段，从水铝石开始形成的刚玉假相与高岭石分解出来的游离A12O3在1200以上开始形成莫来石称为二次莫来石，其反应可由示意图和反应式来表示。3(A12O32Si0
35、2.2H2O)一一3A12O32SiO2.2H2O+4SiO2+2H2O (1-6)3(A12O32SiO2)一一6A12O3+6H2O (1-7)6A1203+4SiO2一一2(A12O3.2SiO2) (1-8)二次莫来石化反应温度为1200，随着温度的升高，该反应加剧，同时发生大约10%左右的体积膨胀。二次莫来石化的反应完成温度依A12O3/SiO2.比值不同而有所差别:当A12O3/SiO2.比值越接近.255时，其反应完成温度越高(约为1500左右);当A1203/Si仇.比值增大时，反应完成温度则偏低，一般在1400一1500之间。在二次莫来石化反应的同时，高铝矶土中的Fe203和
36、TiO2及其它杂质与A1203及SiO2形成固溶体或液相，液相的存在，有助于二次莫来石化的进行，同时，也为重结晶阶段准备了条件。图1一1为高铝矾土二次莫来石化过程的示意图。高铝矾土水铝石 高岭石 脱水 脱水 刚玉假相 莫来石化 刚玉晶体 方石英 莫来石结晶(一次)刚玉再结晶 二次莫来石化 莫来石再结晶 莫来石再结晶(二次)图1一1高铝矾土二次莫来石化过程示意图(3)重结晶烧结阶段在二次莫来石化阶段，由于液相的形成，己经开始发生某种程度的烧结作用，但是这种烧结进行得很缓慢，只有随着二次莫来石化阶段的完成，重结晶烧结作用才开始迅速进行。在1400或1500以上，在液相的作用下，刚玉和莫来石晶体长大
37、，同时气孔迅速缩小，气孔率减少，物料趋向致密。一等矾土熟料主晶相为刚玉，仅有少量的莫来石。1.5 影响浇注料性能的因素铝酸盐水泥耐火浇注料的品种较多，配合比不同，性能各异，但影响性能的因素，基本是类同的。（1）水泥用量 水泥作为重要的组分之一，是决定强度的重要材料，也影响其它性能。一般来说，随着水泥用量的增加，常温耐压强度增加，高温强度下降，耐火度和荷重软化温度不断降低，烧后线收缩率也随之增大。因此，在保证常温强度的条件下，应尽量减少水泥用量，以提高耐火浇注料的高温性能。当减少水泥用量后，适当增加耐火粉料，使水泥和粉料的合量能够充分的包裹住耐火粉料，使耐火浇注料获得最大的密实度。（2）加水量
38、铝酸盐水泥品种不同，配置的耐火浇注料也不同。在配合比和工艺条件相同时，其水用量对耐火浇注料性能影响规律是基本相同的。浇注料随着加水量的增加，常温强度、烧后强度、高温强度、荷重软化温度等性能普遍有较大的下降。当水用量多时，加热后，水分逸出，空隙增多，结构疏松，致使各种性能全面降低。因此，在保证其施工及易性的条件下，应尽量减少拌合物的用水量。低水泥浇注料的用水量一般不大于 7%。在确定浇注料的加水量时，应先试拌合，选择最佳流动度，并比较常温强度的大小，方可生产施工。（3）耐火粉料 在铝酸盐浇注料中加入适宜的耐火粉料，其作用是：减少水泥用量，能降低成本且提高使用温度；耐火粉料能起瘠化作用，高温下又能
39、参与反应而形成耐高温矿物，提高耐火性能；耐火氧化物超微粉的掺加，能降低用水量，高温下形成耐高温矿物或增强烧结性，故能提高浇注料的性能。粉料的品种，细度及其用量，是影响浇注料性能的重要因素。其中，粉料的细度直接影响浇注料的强度、体积密度和显气孔率。一般来说，耐火粉料越细，浇注料的性能越好，当采用超微粉代替部分粉料时，体积密度增加，显气孔率降低，强度显著提高。耐火粉料的用量的最佳比例范围一般在 15%20%之间，体积密度比较大，常温和 1350烧后耐压强度较好。当粉料用量少时，与水泥的合量不足以包裹住耐火骨料，致使组织结构不致密，性能降低。当耐火粉料用量多时，与水泥的合量，包裹耐火骨料有余，致使水
40、用量增多，高温烧结收缩大，性能也降低。（4）耐火骨料 作为浇注料的重要组分之一，其品种、品级、最大粒径及颗粒级配等，是影响性能的主要因素。骨料品级高，耐火度和荷重软化温度高，反之则降低。骨料颗粒形状越不规则越好，尽量不用长片状料，其最大粒度应根据衬体厚度而定，当最大粒径确定后，颗粒级配对性能有较大影响。耐火骨料的颗粒级配一般是三级级配，两头大中间小，砂率为 0.450.55。配置优良的耐火浇注料，应采用多级级配，在温度低且不重要的部位，允许用自然级配颗粒的统料。在生产耐火骨料统料时，也应控制大、中、小间的比例，防止过大的颗粒发生偏析。（5）外加剂 铝酸盐水泥浇注料常用的外加剂有减水剂、促凝剂、
41、缓凝剂、膨胀剂等。蓝晶石、硅线石、红柱石是较常用的膨胀剂，在高温下产生膨胀以补偿浇注料的收缩。应当指出，根据浇注料所用的铝酸盐水泥的不同，或当所用的水泥改变时，选择的外加剂及用量也有所区别，一般应试验确定。（6）养护制度 分为标准养护、自然养护、潮湿养护和蒸汽养护、干燥养护等。铝酸盐水泥在初凝后，如果养护制度不同，水泥的水化产物和晶型转变也可能不同，导致浇注料常温和烘干强度也不同。1.6 课题的研究意义 作为不定形耐火材料的重要组成部分耐火浇注料，也取得了长足性的进步，尤其是以超细粉、铝酸钙水泥、矾土水泥结合的低水泥和无水泥浇注料的发展。由于超细粉的比表面积大、活性大、容易与其它成分发生反应，
42、因而它可以明显地促进制品的烧结。超细粉的引入使得浇注料的结合机理发生了变化，浇注料的性能及其使用性能都得到了明显的改善。特别是硅微粉和氧化铝微粉的引入，不仅保证了浇注料具有足够的中温强度，而且也大大减少了浇注成型时的加水量，使得浇注料具有较好的施工性能并且具有较高的体积密度和较低的气孔率。正因为低水泥、超低水泥和无水泥浇注料具有优越的物理性能，才使得浇注料的应用范围得到了很大的扩展。在连铸钢包内衬、高炉出铁沟、炉外精炼等系统也得到了广泛的推广和应用。本课题通过研究浇注料的骨料组成对高铝质低水泥耐火浇注料性能的影响。从而得出它们之间的一般规律，进而提高浇注料的各项性能。 第二章 实验研究方案本实
43、验通过对比研究骨料的不同比例以及添加剂对高铝质低水泥浇注料性能的影响。2.1 原料成分 A、B、C骨料的成分组成如下表所示： 原料 成分 含量 A料 Al2O3 80.40 Fe2O3 3.25 B料 Al2O3 69.51 Fe2O3 1.83 C料 Al2O3 67.20 Fe2O3 1.84本研究采用的主要原料有：（1）骨料：采用A、B、C三种莫来石骨料，临界粒度为8mm，粒度分为四级：5mm8mm，约占22%；3mm5mm，约占18%；1mm3mm，约占16%；0mm1mm，约占12%；（2）细粉料：SiO2微粉、高铝矾土、纯铝酸钙水泥、蓝晶石粉，粒度均在200目以下；（3）外加剂：三
44、聚磷酸钠（分散剂），硅溶胶；2.2试样制备将骨料、粉料、结合剂及减水剂按下表配料，人工初混后，倒入水泥砂浆搅拌机中，干混60秒后，加入适量的自来水，湿混约70秒后，停止搅拌。将混合均匀的湿料迅速倒入160mm40mm40mm的模具中，在振动台上振动成型，常温下模中自然养护24h，养护好的试样放入温度110的烘箱中，烘干24小时后自然冷却至室温。然后将烘干后的试样放入箱式电阻炉中进行11003h中温及14503h高温热处理，然后随炉冷却至室温测试各项物理性能。 实验一 实验二 实验三 5-8mm 22 22 22 3-5mm 18 18 18 1-3mm 16 16 16 0-1mm 12 12 12 0.088mm
