微纳米基质结构的优化及其对刚玉质浇注料性能的影响

1、微 / 纳米基质结构的优化及其对刚玉质浇注料性能的影响刚玉质耐火浇注料具有高的耐火度、 良好的体积稳定性以及优良的抗侵蚀性能 , 被广泛地应用于冶金、建材、石油化工等行业。目前 ,低水泥、超低水泥甚至无水泥浇注料已成为浇注料发展的主流方向 , 但由此会带来材料强度低、 施工性能较差和适用范围小等问题。 而在基质中添加微纳米粉体等措施可以有效的解决上述问题。因此 , 本文首先研究了刚玉质浇注料基质浆体的流变行为。 选取聚乙二醇基聚合物 FS10、FS20、FS60、三聚磷酸钠（ TSP）和六偏磷酸钠（ SHP）这五种分散剂类型及用量作为变量。研究发现 , 因电解质和高分子分散剂对微粒分散原理的不

2、同 , 故不能仅凭借浆体表面 - 电位的改变作为分散剂对样品分散效果的评价标准。 分散剂在基质浆体中的加入量均有一个最佳值。针对本体系 , 当减水剂为 FS10,添加量为 0.18%时,同一剪切速率下基质浆体粘度相对较小 , 分散作用较好。在选取适合的分散剂种类的基础上 , 探究了引入不同含量纳米Al2O3对刚玉质浇注料显微结构及其性能的影响。结果表明 , 添加 2%纳米 Al2O3试样的高温抗折强度高达13.4 MPa, 比未添加纳米Al2O3试样提高了 21.5%。并从几个方面研究了浇注料的抗热震性能发现, 与未添加纳米Al2O3的试样相比 , 经过 8 次热震循环后 , 添加纳米氧化铝试

3、样的弹性模量保持率从 49.6%提高到 59.6%。此外 ,纳米 Al2O3最佳添加量为2%,过少或过多都不能对试样起到密实显微结构、增强中温和高温性能的作用。基于刚玉质浇注料基质浆体的流变行为和引入纳米氧化铝对刚玉质浇注料显微结构及其性能影响的研究发现, 在浇注过程中因 -Al2O3 微粉的过多加入使基质浆体的表现粘度升高 , 导致浇注过程需水量提高。故采用-A12O3微粉为变量 , 并改进了基质预混方式制备了刚玉质耐火浇注料。 结果发现 , 仅采用纯铝酸钙水泥为结合剂,试样烘后强度过低 , 且中高温性能也不理想。随着-A12O3微粉含量的增加 , 材料的加水量、显气孔率先轻微减低后显著增高

4、, 材料的体积密度、强度均先增加后降低。其中含 2%-Al2O3 微粉的试样 , 其冷态抗折强度、耐压强度及高温抗折强度均相对较高, 且经 110C养护后浇注料的抗折强度由3.26 MPa 提高到 10.16MPa。为了进一步优化 -A12O3微粉和铝酸钙水泥共同结合的刚玉质浇注料强度、抗热震性和抗渣性, 考虑在 -A12O3微粉优化基础上在刚玉质浇注料中引入纳米氧化铝。研究发现, 经 1 100C 和 1 500C热处理 , 添加纳米氧化铝体系的烧结驱动力分别是未添加纳米氧化铝体系的1.15?103 和1.125?103 倍; 这种烧结驱动力提高了晶界迁移速度 , 显著增强了添加纳米氧化铝体系的烧结作用。纳米氧化铝的添加对试样的显气孔率影响差异较小, 与未添加纳米氧化铝试样相比 , 添加纳米氧化铝试样经不同温度热处理后气孔孔径显著减小。其中, 添加 2%纳米氧化铝试样经 1100C热处理后试样气孔体积中位径降至 55 nm。此外 , 未添加纳米氧化铝试样侵蚀最大 , 为 5.84 mm2/min,其抗渣性能较差 ; 当纳米氧化铝添加量为 2%时,试样侵蚀为