刚玉-莫来石浇注料加入多少莫来石最好？

分类：石灰窑
日期：2021-07-27 21:35:37

近年来随着水泥窑炉的日产量不断提高，对耐材的要求也不断提高，而回转炉窑口是一个薄弱部位，使用温度在1100~1450℃，这就意味着需要能够承受急冷急热的气流冲击，高温水泥熟料磨损和高温碱性气体的腐蚀等，使用条件较为恶劣，需要使用具有良好抗热震性、高强、耐磨、耐碱的浇注料，传统的高铝质浇注料抗热震性差，使用寿命短；而纯刚玉质浇注料性能优异但是成本较高，而莫来石具有良好的抗热震性、抗腐蚀能力强等特点，且成本较刚玉较低，因此使用莫来石代替部分刚玉研究窑口用刚玉-莫来石浇注料具有重要意义。
1 试验
1.1 原料及试验方案
试验使用的主要原料有：70莫来石，粒度为：3~1 mm，1~0 mm;95 棕刚玉，粒度为：5~3 mm，3~1 mm，1~0 mm;93 棕刚玉粉，粒度：≤0.088 mm;α-Al2O3 微粉；CL-370 微粉；硅微粉等。使用纯铝酸钙水泥作为结合剂，外加高效减水剂。主要原料化学组成如表 1 所示。

表 1 主要原料的化学组成
将上述原料按照表 2 进行配料，其中骨料与基质质量比为 65：35 配料。按照添加莫来石量不同进行 5个系列实验。先干混2 min后加入适量的水搅 5 min混匀，脚注成型为160 mm×40 mm×40 mm 的试样，24 h后脱模，试样经过110℃保温 24 h 烘干和1 100和1 450℃保温3 h 热处理后，按相关标准分别测其体积密度、线变化、常温抗折强度、常温耐压强度、水冷法测试 1 100℃的抗热震性能。

配料组成
2 结果与分析
2.1 莫来石加入量对浇注料性能的影响
因为使用的莫来石为片状结构，有研究表明此结构影响浇注料的流动性，会增加浇注料的加水量，所以为降低此影响，加入的莫来石为中颗粒 3~1 mm、1~0 mm。按照以上的试验配方得到的结果如下。

表 3 1 450 ℃烧后线变化及试样外观
从图 1 和图 2 中可以看出，随着莫来石加入量的增加，刚玉-莫来石浇注料的体积密度在中低温时逐渐减小，气孔率逐渐升高，这是由于纯铝酸钙水泥在中低温时失水形成了孔隙，并且没有得到很好的烧结，而在高温时试样体积密度随莫来石的加入量逐渐上升，气孔率逐渐下降，是因为此时加入的微粉、水泥充分烧结填充了孔隙，试样充分陶瓷化，因而造成了这种现象。

从图 3 和图 4 中可以看出，在中低温情况下，莫来石的加入量对浇注料的中高温抗折强度、耐压强度影响不大，这是因为刚玉-莫来石浇注料使用纯铝酸钙水泥作为结合剂，没有高温烧结时，材料的强度主要受水泥影响，在配方骨料基质基本一致时，浇注料表现出性能基本一致。在高温下抗折强度呈现出先上升后下降的趋势，耐压强度也有这种趋势，同时结合表 3 中线变化及试样外观出现的情况，是由于纯铝酸钙水泥中的 CA 相在高温下与富余的莫来石反应生成了低熔物导致了浇注料的强度降低，同时莫来石与刚玉的热膨胀系数差异大，在冷却过程中会在刚玉周围产生裂纹。当加入量低于 20%(w)时，收缩与膨胀互补所以线变化较小，当莫来石加入量大于 25%(w)时，收缩大于膨胀，进而造成了表面严重裂纹及严重变形。

水冷法测试 1 100 ℃时的抗热震性结果，如图 5 所示。
从图 5 可以看出，随着莫来的加入浇注料的抗热震性出现先增加后减小的变化，随着莫来石的逐渐增多，莫来石就不会完全被分解，这对提高抗热震性是有益的，同时分解的莫来石在未分解的莫来石周围形成缓冲带提高了抗热震性，轻微的裂纹也可以给材料提供一定的缓冲区域进一步提高了抗热震性，但是当加入莫来石过多时，就造成了大量的裂纹及严重变形，严重影响了材料的抗热震性。

试验结果表明，当莫来石加入量大于 25%(w)时，浇注料已无法满足使用要求，结合性价比及试验结果莫来石的加入量以 20%(w)为最优。
3 结论
(1)随着莫来石加入量的增加，中低温浇注料体积密度呈下降趋势，气孔率逐渐上升，高温体积密度逐渐增加，气孔率逐渐下降；
(2)对中低温抗折强度、耐压强度影响不大，高温情况下抗折强度、耐压强度呈现出先上升后下降；
(3)抗热震性随着莫来石的加入量增高呈现先上升下降趋势，一定程度的裂纹有助于提高浇注料的抗热震性。
(4)从试验结果可以看出当莫来石加入量 20%(w)时，可以获得性能、性价比较高的刚玉-莫来石浇注料。

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