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耐堿澆注料主要是用在窯爐內(nèi)襯有堿侵蝕的部位，如水泥窯頂分解系統(tǒng)的預(yù)熱器、管道系統(tǒng)及干法窯頂熱分解帶。水泥窯系統(tǒng)用耐堿澆注料在使用過程中，由于有害成分 R2O、SO3 、Cr 的蒸發(fā)和凝聚，反復(fù)循環(huán)導(dǎo)致堿的富集對澆注料產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕作用，最終導(dǎo)致 “堿裂”而損毀。對于廣泛使用的普通粘土質(zhì)耐火材料，有害物質(zhì)會在耐火材料表面形成(K,Na) 2 SO 4 、KCl、NaCl、CaSO 4 、2C 2 S·CaSO 4 及復(fù)鹽(Na,K) 2 SO 4 ·CaSO 4 等結(jié)皮礦物，而當(dāng)有害成分中硫含量較低時，堿類物質(zhì)成為引起耐火材料侵蝕的主要因素。首先，堿類物質(zhì)可以呈蒸氣相或液相侵入耐火材料內(nèi)襯氣孔，生成低熔點(diǎn)的長石族礦物，新礦物相的產(chǎn)生所伴隨的體積膨脹往往導(dǎo)致耐火材料組織結(jié)構(gòu)發(fā)生分層或疏松 。其次，由于窯爐內(nèi)襯徑向存在溫度梯度以及雜質(zhì)相的濃度梯度，導(dǎo)致材料熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱率等性能差異，致使其抗熱震性顯著惡化。 Al2O3 -SiC耐堿澆注料在一定程度上可以改善耐火材料內(nèi)襯的耐侵蝕性能。眾所周知，SiC具有良好的耐堿侵蝕性，Al2O3 -SiC陶瓷還具備一定的自愈合性能。然而關(guān)于Al2O3 -SiC澆注料的耐堿侵蝕性能的研究國內(nèi)外相關(guān)報道相對較少。因此本實(shí)驗(yàn)以焦寶石骨料、礬土骨料、碳化硅粉料、莫來石粉料、氧化鋁微粉和二氧化硅微粉為主要原料，利用澆注料制備工藝制備Al2O3 -SiC質(zhì)澆注料，重點(diǎn)研究Al2O3 -SiC澆注料的耐堿機(jī)理及礬土骨料加入量對澆注料性能的影響。 焦寶石骨料和礬土骨料為山西陽泉地區(qū)均化高鋁礬土（粒度為 7~0 mm）。粉料包括碳化硅粉料（<0.074mm）、莫來石粉料（<0.074 mm）、氧化鋁微粉（<0.044mm）和二氧化硅微粉（<5μm），結(jié)合劑為市售鋁酸鈣水泥。耐堿侵蝕實(shí)驗(yàn)用碳酸鉀為分析純藥劑。成型試樣為一種是用于耐堿性實(shí)驗(yàn)的外形為 Φ70 mm×70 mm 中心上方預(yù)制一個 Φ25 mm×30 mm 孔洞的坩堝狀試樣。試樣室溫養(yǎng)護(hù) 48 h 后，在 110 ℃條件下干燥 24 h。干燥后部分試樣在 1100 ℃條件下，保溫 3 h 燒成。通過將 20 g 碳酸鉀置于燒后澆注料坩堝試樣中，并在高溫箱式電爐內(nèi)加熱至 1100 ℃保溫 2 h 進(jìn)行耐堿性實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)不定形耐火材料檢測標(biāo)準(zhǔn)，對110℃干燥后和 1100℃燒后澆注料試樣分析耐堿性侵蝕試樣的礦物相組成。利用 X 射線熒光光譜分析方法分析燒后試樣和耐堿性侵蝕試樣的組成。 Al2O3 -SiC澆注料1100℃燒后和抗堿性侵蝕試樣礦物相組成可以看出，Al2O3 -SiC澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長石。礦物組成中未發(fā)現(xiàn)SiC相，說明原料中SiC在1000℃以上的高溫條件下表面氧化形成一層SiO2 薄膜，限制內(nèi)部SiC相氧化。而礦物組成中鱗石英主要源于焦寶石和SiC氧化后產(chǎn)物，莫來石和剛玉主要源于原料中莫來石、焦寶石和氧化鋁粉，而鈣長石的產(chǎn)生恰恰說明了高溫條件下鋁酸鈣水泥與澆注料組成中二氧化硅的相互作用。礦物組成中低熔物鈣長石的形成也說明鋁酸鈣水泥對Al2O3-SiC澆注料的促燒結(jié)作用。然而隨著礬土骨料加入量增大到30%，澆注料燒后試樣中莫來石相衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，鱗石英相衍射峰強(qiáng)度逐漸降低。可以發(fā)現(xiàn)澆注料燒后試樣組成中Al2O3 含量隨著系統(tǒng)中礬土加入量的增大而增大，礬土中引入的Al 2 O 3 與系統(tǒng)中過量的SiO2 發(fā)生固相反應(yīng)燒結(jié)生成二次莫來石，造成系統(tǒng)中莫來石相衍射峰強(qiáng)度的增大。通過對Al2O3 -SiC澆注料抗碳酸鉀堿侵蝕的研究，發(fā)現(xiàn)礦物相組成中除包含鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長 石之外,形成了低熔點(diǎn)礦物鉀長石(K2O·Al2O3 ·6SiO2 )，鉀長石屬于長石型鋁硅酸鹽礦物 隨著澆注料系統(tǒng)中礬土骨料加入量的增大，說明澆注料基質(zhì)中部分Al2O3和SiO2 被碳酸鉀分解形成的K2O所消耗，形成了鉀長石。說明有大量的K2O進(jìn)入到Al2O3 -SiC澆注料系統(tǒng)。然而從K2O對澆注料侵入量也可以發(fā)現(xiàn)，礬土加入量增大有利于Al2O3 -SiC澆注料抵抗堿侵蝕 。 結(jié) 論 1 Al2O3 -SiC 澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長石，隨著礬土骨料加入量增大，系統(tǒng)中莫來石化程度增大，莫來石化所產(chǎn)生的體積膨脹可以部分抵消澆注料燒結(jié)過程中的體積收縮。 2 澆注料耐堿侵蝕后試樣中鱗石英和莫來石相特征峰減弱，澆注料中部分 Al2O3 和 SiO2 被 K 2 O 所消耗，形成了低熔點(diǎn)相鉀長石，隨著系統(tǒng)中礬土骨料加入量增大，Al2O3 -SiC 澆注料耐堿侵蝕性增強(qiáng)。 |
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