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Al_2O_3和铝酸盐水泥对磷酸铝结合高铝浇注料性能

2020-08-01 18:25 作者:pokerking club 点击:

  引言磷酸盐结合的浇注料具有热震稳定性好,耐压强 度高且中温强度不下降,耐磨、耐冲刷等优越性能,在 水泥窑中得到广泛的应用 [1-2] 目前,水泥窑用磷酸盐结合铝硅系浇注料主要采用纯铝酸盐水泥作固化剂, 水泥中引入的 CaO 会对浇注料中的莫来石产生分解 作用,从而降低浇注料性能,进而降低其使用寿命 [3-4] 磷酸盐结合的浇注料还面临常温固化困难热态强度不够高、困料等问题为了解决这些问题,本文研究采 用超强磁选工艺处理原料颗粒, 瓷球磨制取细粉,获 得基本不含铁的耐火原料;采用 ρ-Al 取代部分铝酸盐水泥作为磷酸盐浇注料的固化剂,以达到无需困 料和减少水泥用量的目的,从而提高材料施工性能和 高温性能 试验试验采用骨料为板状刚玉和高铝矾土(临界尺寸 5mm),三级粒度分布(~mm~3mm 3~5mm);基质为刚玉粉α-Al 摩尔比为/3.2。原料的化学组成见表 按照设计的配料方案进行配料,在标准长条模具中浇注,然后自然干燥 24~72h,再在 24h,制得浇注体生坯,在 00200和 300烧结,按国标检测材料的性能。 ρ-Al 和铝酸盐水泥对磷酸铝结合高铝浇注料性能的影响 赵洪亮,陈松林,袁 (中国建筑材料科学研究总院瑞泰科技股份有限公司,北京 00024) 摘要:以优质高铝矾土或板状刚玉、烧结 α-Al 微粉为主要原料,采用磷酸铝和ρ-Al 为固化剂,研究铝酸盐水泥和ρ-Al 对磷酸盐结合高铝质浇注料性能的影响。结果表明,单独采用 ρ-Al 为固化剂其硬化效果差,且随ρ-Al 入量的增大,施工性能降低;单独采用铝酸盐水泥不利于浇注料的高温性能;而采用ρ-Al 和铝酸盐水泥复合固化硬化效果好,且浇注料综合性能比单独使用 ρ-Al 或铝酸盐水泥均有显著提高。关键词:铝酸盐水泥;ρ-Al ;磷酸铝;高铝浇注料Abstract: aluminatecement highalumina castable bonded aluminumphosphate were studied. High alumina castable bonded highalumina bauxite grog sinteredalumina powder (α-Al tabularalumina aluminaphosphate wereadded bondingagent. resultsindicated hardeningvelocity castablewould slowerwhen ρ-Al addedonly, con-struction performance castablewould contentincreases. hightemperature properties castablewould worsewhen aluminate cement addedonly. hardeningeffect castablewould betterwhen ρ-Al aluminatecement were added together comprehensiveproperties would increase significantly. Key words: aluminate cement; ρ-Al aluminumphosphate; high alumina castable First author′s address: Ruitai Materials Technology Co., Ltd, China Building Materials Academy, Beijing 00024, China 中图分类号:TQ75.7 文献标识码:A 文章编号:002-9877(20)2-0007-05 基金项目:国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(27AA3Z528) 原料 Al2O3 MgO SiO2 CaO Na2O+K2O Fe2O3 板状刚玉 99.5 高铝矾土88.5 铝酸钙水泥67.74 .6629.37 .22 ρ-Al2O3 97.4.42 .44 O-sepa选粉机改造选粉效率85%增产10~20%周期短回笼快 TLE (魏) 201.No.2 结果和讨论2.1 铝酸盐水泥加入量对磷酸盐浇注料性能的影响 2下铝酸盐水泥加入量对磷酸盐浇注料抗折强度的影响。 看出,随着水泥加入量的增加,热态抗折强度明显下降。 原因是采用铝酸盐 水泥作为磷酸盐浇注料的固化剂时引入了 CaO,其在 浇注料中形成含水的 CaHPO 传统磷酸盐浇注料的硬化机理是:PO 夺取固化剂中的金属阳离子形成具有良好胶凝性的磷酸盐、含水磷酸盐或 沉淀物,使磷酸盐浇注料常温固化 [5-6] CaO的加入,形成 CaOP 化合物,使得该系统高温下产生低熔物,因此其高温性能下降。 对硬化性能的影响铝酸盐水泥作为固化剂加入磷酸盐浇注料中除 了降低高温性能外,对硬化性能影响也很大。 看出,当水泥加入量<.5%时,浇注料硬化很慢,硬化时间需要几天。固化后强度较低,烘干过 程中试体膨胀变形,严重的造成爆裂。 随着水泥加入 量的增多,浇注料硬化速度加快,当水泥加入量大于 3%时,浇注料很快硬化以至于无法成型,同时快速固 化的结果还会造成结构疏松,强度降低。 在常温下能发生水化,在高温下的转化 产物 α-Al 是一种高级耐火氧化物,具有很好的耐火性能, 还可以与基质中的 SiO 或与镁砂粉反应生成尖晶石而形成高性能结合相,是一种很好的耐火材料固化剂 [7-8] 属于基本无定形态,工业生产的 ρ-Al 残留有少量AlOH 射线衍射图谱ρ-Al 在常温下发生如式(的水化,水化后的产物 Al (OH 与固化剂Al 反应生成不溶性AlPO 反应产物正磷酸铝(AlPO 不溶于水,熔点 58时较为稳定,4不熔融而成为胶 和环状四面体构成聚合骨架的结构,使得磷酸铝结合的浇注料性能良好, 而且稳定,AlPO 的形成使得磷酸盐浇注料硬化产生强度 加入量对浇注料硬化时间的影响。 看出,采用ρ-Al 作为磷酸盐浇注料的固化剂,硬化速度很慢,但随着加入量增大,硬化速度 加快。 加入 2% ρ-Al 养护后,硬化强度仍很低。原因是 ρ-Al 作为磷酸盐固化剂是由于 ρ-Al 的水化生成Al OH 所致,硬化速度受 ρ-Al 加入量、水化速度及所生成的 Al(OH 复合固化剂中ρ-Al 加入量对浇注料性能的影响 当不加ρ-Al ,单独采用%铝酸盐水泥作为固水泥加入量/% 硬化时间 现象 >4d硬化很慢,烘干后试体变形 >3d硬化慢, 烘干后试体变形 1d硬化较慢,烘干后无异常 5h硬化正常,烘干后无异常 3h硬化稍快,烘干后无异常 <5h硬化快,施工困难 <05h硬化很快,来不及施工 ρ-Al2O3 加入量/% O-sepa选粉机改造选粉效率85%增产10~20%周期短回笼快 TLE (魏) 201.No.2 化剂时,浇注料固化速度慢,需 3d 时间,且固化后强 度很低。 11烘干过程中易出现浇注体侧面膨胀变 形,无法得到强度检测数据。 采用复合促硬,固定1% 的铝酸盐水泥,同时加入 ρ-Al 时,试验复合固化剂中ρ-Al 加入量对浇注料性能的影响。2.3. 对浇注体强度的影响 ρ-Al 加入量对浇注体硬化和烘干后强度的影响见图 可以看出,随ρ-Al 掺量的增大,养护强度和烘干强度随之增大;当 ρ-Al 加入量为6%时, 浇注体 24h烘干后的耐压强度达到最 大,随后逐渐降低;当 ρ-Al 加入量在1%以上时, ρ-Al 快速水化吸收了大量水分,浇注料流动性下 降,振动不返浆,施工性能下降。 ρ-Al 快速水化也使得浇注体结构疏松, 硬化和烘干后强度均有所下 加入量对浇注体硬化和烘干后强度的影响23.2 对浇注体容重的影响 采用复合固化剂时, 随着 ρ-Al 的加入量增加,由于加水量增加导致浇注体体积密度下降,容重 减小,成型效果变差,见图4。 加入量对浇注体容重的影响2.3.3 对浇注体线变化的影响 ρ-Al 复合固化时,0烧后浇注体的线烧后,由于AlPO 在此温度区间内的晶型转变引起其结构变化,或由于配料中硅灰与 Al 反应形成莫来石造成膨胀,使浇注体烧后线变化不大。 是复合固化剂中ρ-Al 的加入量对烧后常温强度和热态强度的影响。 加入量对浇注体烧后热态抗折强度的影响复合固化剂中 ρ-Al 含量的增加对高温烧后强度没有明显的促进作用,热态强度随复合固化剂中 ρ-Al 的增加而下降,原因是胶凝相磷酸盐高温状 态发生了相变, 产生裂纹所致。 SEM图像显 3热处理后浇注体的颗粒之间存在明显的贯通裂纹,造成烧后常温强度和热态强度下降 [11] O-sepa选粉机改造选粉效率85%增产10~20%周期短回笼快 TLE (魏) 201.No.2 复合固化剂中加入10%ρ-Al 300热处理后的浇注体SEM 照片 2.4 复合固化剂中铝酸盐水泥加入量对浇注料性能 的影响 单独采用 ρ-Al 促硬时硬化速度较慢,即使加入12%,硬化时间也需 以上,且硬化后强度较低。采用 ρ-Al 和铝酸盐水泥复合促硬,固定 6%ρ- Al 含量,改变水泥加入量,试验复合固化剂中水泥加入量对浇注料性能的影响。 2.4.1 对浇注料硬化和烘干后强度的影响 为水泥加入量对浇注体耐压强度的影响。当水泥加入量在 .5%~3%范围时,浇注体的 3d 养护强 度,随水泥加入量的增加逐渐升高,加入量在 2.5%时 强度最高, 然后降低。 原因是 PO 夺取固化剂中的Ca 形成具有良好胶凝性的CaHPO 沉淀物,而使磷酸盐浇注料常温产生强度,当PO 反应完全后,多余的水泥或Ca )促硬作用逐渐减弱,固化强度不会进一步提高 水泥加入量对浇注体硬化性能的影响2.4.2 对硬化性能的影响 看出,当水泥加入量为 .5%时, 促硬的效果很 差,需要硬化的时间太长,超过 48h;随着加入量的增 加,硬化时间逐渐减少;当水泥加入量为 3%时,促硬 的效果太强,硬化时间太短,只有 .5h,不利于正常施 工;在水泥加入量为 1.5%时,硬化时间为4h 左右,效果较好 复合固化剂中水泥加入量对试体硬化的影响2.4.3 对浇注体容重和线知,随着复合固化剂中水泥加入 量的增加,浇注体的容重明显降低,说明成型流动性 下降, 施工性能不好;1 1烧后线变化随水泥用量 的增加收缩变大, 该现象与上述改变ρ-Al 加入量结果相似,原理也可能相同,AlPO 晶型转变引起的结构变化或者是形成莫来石造成膨胀弥补了烧结收缩 10水泥加入量对浇注体容重的影响 11水泥加入量对浇注体线是复合固化剂中改变水泥加入量, 对烧后冷态和热态抗折强度试验结果 3烧后强度看,水泥加入量的影响不是特别明 显,特别是 19MPa左右,基 本在同一水平,说明随热处理温度的提高,复合固化 水泥加入量/% 硬化时间/h 现象 >48硬化很慢 5.5硬化正常 3.5硬化正常 2.5 O-sepa选粉机改造选粉效率85%增产10~20%周期短回笼快 TLE (魏) 201.No.2 剂对材料强度的影响减弱。材料在烧后的强度主要取 决于固化剂 Al(H 的变化,在<8时其主要发 生聚合反应生成偏磷酸铝聚合物; 该聚合物分解生成AlPO 由于大量的AlPO 12复合固化剂中水泥加入量对浇注体烧后 常温抗折强度的影响 13复合固化剂中水泥加入量对浇注体烧后 热态抗折强度的影响 从图13 看出, 热态抗折强度随着水泥加入量增 加呈下降趋势,在水泥含量大于 1.5%时,增加水泥加 入量,对浇注体热态抗折强度影响不明显。这也说明, 即使采用 ρ-Al 和铝酸盐水泥复合促硬,高水泥掺量同样不利于高温性能。 是复合固化剂中水泥含量%时经 300烧后的扫描电镜照片,由于水泥加入极少,局部区域 扫描基本看不到钙元素的存在, 基质中 CaO 对材料 的破坏作用极微弱。 基质与骨料紧密结合,基质中主 要成分为 O、Al、Si、P 元素,AlPO 来石成为高温结合相,使超低水泥促硬的磷酸盐结合浇注料烧后的常温强度和热态强度都非常高。 综上分析,结合热态强度和常温强度,水泥的加 入量控制在.%~.5%的范围内为宜。 14复合固化剂中加入 1%水泥 300热处理后的浇注体SEM 照片 单独采用铝酸盐水泥作为固化剂,受水泥中 Ca 的影响,不利于磷酸盐结合的高铝质浇注料高温性能。 2)单独采用 ρ-Al 作为固化剂,受其水化速度的影响,硬化速度较慢,加入量过大,需水量增多且水 化快,施工性能下降,浇注体其他性能也同时受到不 利影响。 3)采用铝酸盐水泥和 ρ-Al 作为复合固化剂,可以减少铝酸盐水泥用量, 提高浇注体的综合性能。 当ρ-Al 加入量不超过6%(4%~6%为宜), 水泥加 入量%~.5%时,浇注料的综合性能较好。 参考文献: phos-phate hardening metalphosphate materials review.Part hydrogenbonding itsfunction phosphatehardening IndustrialCe- ramics, 2005,46 phos-phate hardening metalphosphate materials review.Part Adhesiveproperities bindingphosphate materials IndustrialCeramics, 2005,46 贾全利,叶方保,钟香崇.纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能 的影响[J] .硅酸盐通报,2008,27(6:04-08. 田守信,陈荣荣,姚金甫.水泥含量对高纯铝尖晶石自流浇注料性 能的影响[J].耐火材料,2003,37(5:252-255. 不定形耐火材料(第二版)[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2003. 李晓明.特种不定形耐火材料及不烧耐火砖[M].北京:冶金工业出版社,992. 朱振峰,黄剑锋,胡秀兰,等.铝系红色颜料呈色性能与原料晶型关系的研究[J].陶瓷,999(6:20-22. 李哓明.ρ-Al2O3成因的热力学分析[J].耐火材料,986(6:42-43. Al2O3-SiO2系浇注料性能 的影响[J]. 陶瓷,2008(5:30-3. 高振昕.耐火材料显微结构[M].北京:冶金工业出版社,2002.(编辑 O-sepa选粉机改造选粉效率85%增产10~20%周期短回笼快 TLE (魏)

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