硅溶胶结合不定形耐火材料的应用现状与发展前景
发布日期： 2020-11-03 08:43:52 阅读量（418） 作者：张振国目前不定形耐火材料逐渐被定形耐火材料取代，这主要是因为不定形耐火材料具有生产、安装简单和与定形制品的性能相似。不定形耐火材料的性能和生产过程和结合机制一直研究的焦点，这主要是因为不定形耐火材料的浇注料的使用量最多，使用范围最广。耐火浇注料组分中常用的水硬性结合剂主要有铝酸钙水泥，该种结合剂中含有的CaO在高温作用下生成了钙长石、钙铝黄长石等物质，这样就可以降低耐火度，同时使得抗热震性能增强。基于此，本文对硅溶胶结合不定形耐火材料的应用现状与展望进行了分析。
1.1硅溶胶结合普通浇注的性能研究
1.1.1流变、施工及抗爆裂性能相关研究
已经证明了适量的低温氧化的甘油三酸脂、活性SiO2超细粉和活性AI2O3微粉可以有效地改善硅溶泥浆的流变性能;适量的柠檬酸可以使得硅溶胶料浆的粘度降低，还可以提高浇注料的流动性，在短时间内促进基质的凝结硬化，提高常温强度。
1.1.2常温及高温物理性能
许多研究认为在50℃的水合酸环境下硅溶胶中的纳米SiO2会很快地实现脱水;并且在240℃环境下失去较大毛细孔中的水分;在1000℃左右彻底失去毛细孔水分，这样质量损失就会加剧，缺少水分的硅凝胶就会变成无形的SiO2。
1.2硅溶胶结合自流浇注料的性能
自流浇注料是一种无需振动就可以实现流动和脱气的可浇注耐火材料，它是由粒度级配的耐火骨料、粉料、高效分散剂、外加剂和结合剂组成的。这种自流浇注料主要适用于薄壁和形状复杂的成型部位。
1.3硅溶胶结合捣打料的性能
硅溶胶结合的捣打料主要是由一定级配的耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂加水等其他液体组合而成的。这种材料主要用于炉火身冷却设备和砌体间隙的填充。捣打料中有铁钩捣打料，该种原料常用树脂作结合剂，该但是高温作用下这种捣打料因为碳结合剂的氧化从而产生了很多气孔，导致密度、强度下降，使用性能也比较差。但是使用硅溶胶结合捣打料可以增强使用性能，降低成本，改善人工的操作环境。
1.4硅溶胶结合喷射料及压入料的性能
喷射料是一种散状耐火材料，喷射材料根据喷射用料的状态和喷射方法，可以分为湿法喷射料、半干法喷射料和火焰法喷射料。硅溶胶还可以结合压入料，从而实现积压施工。此外挤压施工的泥膏状不定形耐火材料一般分为冷固性压入料和热固性压入料，压入料的施工可以帮助实现炉身修补。
2.1普通浇注料结合硅溶胶的应用
普通浇注料结合硅溶胶的应用已经非常广泛，主要应用在炼钢系统的中间包永久衬、电炉炉顶的三角区，在铸造行业中主要是无芯感应炉、炉底和铸造桶，炼铝工业中常用的炼铝炉的熔池、炉门和侧墙，高温回转窑烧成带和焚烧炉等。某冶金建筑研究有限公司将硅溶胶与刚玉一莫结合石浇注料，并且已经成功地应用到了钢铁厂的风口处和火炉的炉顶及侧墙[2]。最终有效地简化了干燥和烘烤工艺，缩短了炉衬的时间，从而使得设备利用率;此外硅溶胶结合快干浇注料应用到炼钢厂的高炉的热风炉主管三岔口处的抢修中，并且得到了很好的维修效果;硅溶胶结合刚玉一碳化硅质浇注料在某应用中实现了很好的热态修补。
2.2硅溶胶结合自流浇注料的应用
安钢4747m3高炉炉底找平层及炉下部冷却壁与炉壳成功采用了硅溶胶结合的自流式浇注料，与传统炭捣料相比，具有热传导率高、冷却效果佳、施工方便等优势。研制的硅溶胶结合Al2O3-SiC-C质自流浇注料在武钢炼铁厂1513m3高炉的主铁沟上使用，一次通铁量达到15.27万吨，没有裂纹和崩落，抗侵蚀性良好;用硅溶胶结合Al2O3-SiC-C质快干浇注料对现役的高炉铁沟进行局部修补后，通铁量可以达到20万吨。新型硅溶胶结合Al2O3-SiC-C自流铁沟浇注料的抗渣性优于或等同于低水泥浇注料，出铁沟一次通铁量可达16.3万吨。利用废弃耐火原料生产的硅溶胶结合铁沟快干浇注料，一次通铁量也在15万吨以上。
2.3硅溶胶结合捣打料、喷射料及压入料的应用
上世纪80年代后期，市场上已有硅溶胶结合的捣打料和喷射料。研制的硅溶胶结合Al2O3-SiC-C基高炉主沟湿式喷射料在一些钢铁公司进行应用，发现其综合性能要好于铝酸钙水泥结合湿喷料。硅溶胶结合压入料已成功用于沙钢2500m3高炉的炉底维修、徐州圣戈班钢管厂的热风炉围管维修，以及武钢烧结厂的生产维修之中，同树脂或焦油结合的压入料相比，硅溶胶结合的压入料从生产、施工到应用，对环境都基本上没有污染。
硅溶胶结合耐火材料因含纳米SiO2而具有许多优良性能，如较好的中高温强度，良好的抗渣侵蚀性和抗热震性，能快速干燥和烘烤，为正常生产节约时间，节能环保。因此，在浇注料、喷补料、泵送料、铁沟浇注料和捣打料等领域已得到了广泛应用。但由于硅溶胶结合的定形制品脱模强度较低，再加上硅溶胶结合的不定形产品与铝酸盐水泥结合的产品相比价格有些昂贵，在一定程度上限制了其使用。因此，耐火材料研究工作者的下一步工作就是如何提高硅溶胶结合定形制品的脱模强度;如何用不同种类的硅溶胶来制备出不同性能的产品，以降低成本;如何在其他领域，如水泥、电力、石油化工等领域来应用硅溶胶结合耐火材料。
总而言之，铝酸钙水泥(CAC)是耐火浇注料组分中常用的水硬性结合剂，但当水泥含量高于2%~3%(w)时，因所含的CaO在高温下生成钙长石、钙铝黄长石、铝酸三钙等低熔物，使得材料的耐火度降低，抗热震性、高温抗折强度、抗蠕变性及抗侵蚀性等高温使用性能均变差;同时，含水泥浇注料需要注意养护和脱水过程，以免发生爆裂。而以硅溶胶作结合剂替代铝酸钙水泥，不仅可避免上述缺陷，还可发挥低水泥和超低水泥浇注料的所有优点。
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