刚玉耐火浇注料的概述
发布日期： 2020-12-21 14:28:43 阅读量（481） 作者：通常将Al2O3含量(质量分数)大于90%的耐火浇注料称为刚玉耐火浇注料，其主要物相为刚玉，因为刚玉具有熔点高(2050℃)和抗熔渣侵蚀能力强的特点，使刚玉质浇注料具有较高的耐火度和良好的化学稳定性。刚玉耐火材料的原料组合有多种形式，例如：
(1)用白刚玉作骨料和粉料
(2)用板状氧化铝和致密(烧结)氧化铝作骨料，用致密(烧结)氧化铝作粉体;
(3)用亚白刚玉或者棕刚玉作骨料，用致密(烧结)氧化铝作粉料;
(4)用白刚玉和特级矾土熟料作骨料，用白刚玉作粉料等。
为了提高刚玉质耐火浇注料基质的性能，通常用白刚玉粉或者板状氧化铝粉作为其粉料。根据刚玉耐火浇注料目标性能的要求，合理的选择颗粒分布系数作为配方拟合颗粒配比。结合系统中的活性填料，普遍使用SiO2粉(常称为硅灰)或者活性α-Al2O3粉等。
根据应用要求，刚玉质耐火浇注料一般可按照含水泥(LCC及UL-CC)或者无水泥(NCC)的组成配制。前者以水泥或者水泥和活性超微粉并用作为结合剂，而后者则采用活性超微粉作为结合剂。同时添加高效表面活性剂(高效分散剂和减水剂)以分散结合剂和活性填料，减少用水量。
一般来说，刚玉质耐火浇注料中的粉体+活性填料(超微粉)含量(质量分数)为30%~34%。材料品种不同时，其活性填料用量也会不相同，但最佳活性填料配入量在4%~10%之间。
活性填料的作用机理很复杂，但其根本的作用机理是起填充作用。因为耐火浇注料的粒度级配，堆积密度较大，而且较致密，但仍然有众多的孔隙。若用活性填料(超微粉)来填充这些孔隙，便可使孔隙大大减少，从而明显地降低耐火浇注料的用水量，使浇注构件或者耐火衬体干燥(烘烤)后留下的气孔大大地减少。也就是说，在耐火浇注料中配入活性填料，可降低水量，提高其体积密度，降低气孔率，常用的有SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉。
α-Al2O3微粉是用工业氧化铝煅烧后制成的。其特点是分散性好，颗粒小、高温下易于烧结且体积效应小等。
α-Al2O3加入到耐火浇注料中，对其施工性能的影响比较显著。在浇注料中加入适量的α-Al2O3微粉，一方面在高温下其会发生陶瓷化和莫来石化反应，可以提高耐火浇注料的耐火度;另一方面起到微粉的填充作用，降低浇注料的气孔率，使浇注料中的结构缺陷减少，提高其强度和抗熔渣侵蚀的能力，改进耐火材料的性能等。同时，氧化铝微粉能和水泥颗粒之间进行烧结，起到连接周围颗粒形成网络结构的辅助结合作用。α-Al2O3微粉加入量越多，浇注料的振动流动性就会越小。但当微粉添加量超过一定值时，浇注料的强度也有下降的趋势。这是因为加入过量的Al2O3后，除一部分起填充孔隙和减少施工用水量的作用外，剩余的部分优化与浇注料中的水泥反应生成CA2和CA6等，不但消耗基质中的大量Al2O3，同时还伴有体积膨胀，使浇注料高温出来后存在结构缺陷，导致强度等性能相应下降。
在耐火浇注料中，SiO2微粉可以提高浇注料的常温、中温和高温强度，改善浇注料的流动性和抗热震性。
SiO2微粉对浇注料流动性的影响，如图1所示。当无定形SiO2颗粒覆盖在大颗粒表面时，不仅能阻碍较大的颗粒的团聚现象，而且还能够在大颗粒之间起到润滑作用，从而有效地降低大颗粒间的摩擦阻力。因此，在浇注料中加入SiO2微粉能明显提高浇注料的流动性。
图1SiO2微粉颗粒对浇注料流动性的影响
SiO2微粉在铝酸钙水泥水化的过程中能够避免生成C2AH8，而直接生成钙黄长石C2ASH8，从而提高浇注料的常温强度。
目前用于耐火浇注料中的SiO2微粉主要有两种：一种是高纯硅石制成的，另一种是生成金属硅或硅铁的副产品。这两种产品均为无定形的非晶质材料。前者呈颗粒状活性;后者呈中空球状有活性，不团聚，填充性好。掺入浇注料凝结后，SiO2表面形成硅醇基，经干燥脱水架桥，形成硅氧烷网状结构，温度升高不易断裂，所以可提高浇注料的中温强度。
贾全利等人研究了SiO2微粉含量对刚玉质超低水泥浇注料的烧结性能、高温强度以及抗热震性能的影响。研究表明：随着SiO2微粉含量的增加，经过1100℃烧结后的试样的显气孔率降低，强度升高;经1400℃烧结后浇注料样品的热态抗折强度增加。这表明SiO2微粉不仅可以促进浇注料的烧结，而且和Al2O3能反应生成莫来石，因为莫来石晶体结构为针状，其能与刚玉骨料相互穿插，起到增强增韧的作用，从而使浇注料的强度和抗热震性都能够得到改善。
同时也有研究表明，SiO2微粉能够填充在颗粒的间隙，明显降低分散介质所占空间。例如，在合适的SiO2微粉加入范围内，浇注料中增加2wt%的SiO2微粉就会使加水量减少1wt%。因此，SiO2微粉借助其自身良好的填充性能，降低浇注料的加水量，增加浇注料致密度，从而使耐火浇注料力学性能的提高。
在刚玉耐火浇注料中，结合剂、活性填料和添加剂的用量很少，但都是非常重要的相辅相成的三个组成部分，不可缺少。每个组成部分的选择都成为控制刚玉耐火浇注料流变性能的关键因素。选择的标准是保证相应的刚玉耐火浇注料达到施工性能的要求。这可通过优化添加剂的方法来实现，例如可加入多种添加剂(复合添加剂)，每一种添加剂都具有不同的功能，同时也可以加入少量的氧化物耐火材料如Cr2O3、ZrO2等等，以改变刚玉质耐火浇注料的性能。
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