礬土基均質料在水泥窯用高鋁高強耐火澆注料中的應用研究

陳慶帥 羅華明

（通達耐火技術股份有限公司，北京 100085）

高鋁礬土作為重要的耐火材料，在耐火材料發展中一直起著重要的作用。我國高鋁礬土資源儲量豐富，現已探明在25億噸左右，是耐火原料工業的三大支柱產業之一。近年來，由于我國高鋁礬土資源開采無序，且經常是采富礦、棄貧礦，導致高鋁礬土資源保有儲量急劇下降，甚至是在高鋁礬土資源豐富的地區一度出現優質高鋁礬土供需緊張的局面。為了緩和這種局面，我國許多耐火材料方面的專家經過多年研究探索認為，發展鋁礬土均質料將是一條最優越的途徑。為了順應形勢發展，陽泉金隅通達高溫材料有限公司利用山西陽泉地區中低品位礬土及碎料合成了Al2O3含量在50%～90%的系列礬土基均質料。

以Al2O3含量在80%左右的礬土基均質料與Al2O3含量在85%左右的高鋁礬土熟料為骨料，制備出大型干法水泥窯用高鋁高強耐火澆注料，通過對比這兩種耐火澆注料的物理性能，試圖找到礬土基均質料對高鋁高強澆注料的影響，為礬土基均質料應用于水泥窯體系耐火澆注料工業化的系統應用提供強有力的依據。

1 試驗

1.1 兩種鋁礬土骨料性能

試驗所用礬土基均化料和礬土熟料均為山西產鋁礬土試樣。其理化性能見表1。

表1 兩種礬土試樣理化指標

分別將上述礬土試樣破碎后， 按 8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm及1～0 mm進行分級，分別稱取分級后的礬土原料，為后續配置高鋁高強澆注料做準備。

1.2 試驗過程

分別利用上述兩種礬土原料作為骨料，以礬土基均質粉、硅微粉、焦寶石微粉和鋁酸鹽水泥為細粉基質料添加部分減水劑作為預混粉料，其細粉基質料主要化學組成見表2。

表2 實驗細粉主要化學組成（w/%）

保持基質粉料不變，將上述兩種礬土骨料按表3進行配比。

表3 實驗骨料配比（w/%）

按照表2、3所示水泥窯用高鋁高強澆注料的配方，分別配制兩種高鋁高強耐火澆注料。將配制好的澆注料放在強制攪拌罐中，先預混1～2 min，待攪拌均勻后，再加入適量的水進行濕混，待攪拌均勻后，振動澆注成型為160 mm×40 mm×40 mm、65mm×114 mm×230mm及直徑為50 mm、高50 mm的試樣。保濕條件下養護24h后脫模，恒溫恒濕箱內養護24h后，再在110℃烘箱中24h烘干后留樣備用。

1.3 試樣檢測

上述試樣一部分按照國家相關標準測試其體積密度、荷重軟化溫度、常溫抗折強度及常溫耐壓強度。同時一部分經1100℃×3 h熱處理后，分別測試其常溫抗折強度、常溫耐壓強度、體積密度、變化率及抗熱震等性能。

2 結果與分析

2.1 常溫物理性能分析

分別測定以兩種骨料做的高鋁高強耐火澆注料試樣樣品在常溫脫模、110℃及1100℃時抗折強度，其二者抗折強度對比見圖1，耐壓強度對比見圖2。

圖1 A、B試樣不同溫度抗折強度對比

圖2 A、B試樣不同溫度耐壓強度對比

從圖1分析知，在預混粉料相同的情況下，以礬土基均質料為骨料的B試樣的抗折、耐壓強度，無論是常溫脫模、110℃及1100℃時，均略優于以礬土熟料為骨料的A試樣。分析原因可能是B試樣在常溫中預混粉料和骨料之間結合更加緊密，而A試樣在常溫中預混粉料和骨料結合不如以礬土基均質料為骨料的B試樣結合更加緊密。隨著熱處理溫度的升高以礬土基均質料為骨料的B試樣其燒結過程中預混粉料所形成的莫來石相和以莫來石相為主晶相的礬土基均質料更加緊密的結合在一起。而礬土熟料因其極其容易由于雜質富集等現象容易形成“短板效應”，造成以礬土熟料為骨料的A試樣與預混粉料結合不牢固，導致其經過熱處理后抗折、耐壓強度不如B試樣。

2.2 高溫物理性能分析

A、B試樣樣品在高溫下或者經高溫處理后的一些物理性能指標見表4。

表4 A、B試樣樣品高溫或高溫處理后物理性能指標

分析表4中的數據表明，以礬土基均質料為骨料的高鋁澆注料B試樣的高溫下性能指標要優于以礬土熟料為骨料的高鋁澆注料A試樣。由于澆注料骨料體密存在一定的差異，造成以礬土熟料為骨料的試樣A的體積密度大于以礬土基均質料為骨料的試樣B的體積密度。其優點在于，高鋁澆注料其它性能不變或有所增加改善情況下，適當降低澆注料的體積密度可以減輕在實際應用中水泥窯設備襯里用料的重量和用量。

從微觀上解釋B試樣高溫性能優于A試樣性能的原因主要是因為:高溫下基質中的莫來石相和以莫來石相為主晶相的礬土基均質料很好的結合在一起，隨著溫度的提高，結合程度更緊密，性能更加優越。

通過上述分析可以肯定:在相同預混粉料情況下，基質與礬土基均質料結合更加緊密、更加牢固。從性能上分析來看，使用礬土基均質料做骨料可大大提高水泥窯用高鋁高強澆注料的使用壽命。這充分證明礬土基均質料的均一穩定性能更加適用于水泥窯用高鋁高強耐火澆注料中，甚者更高級別的水泥窯用耐火澆注料中。

3 結論

（1）礬土基均質料在理化性能上相對不占優的情況下，以礬土基均質料為骨料制備的高鋁高強耐火澆注料，其性能略優于以礬土熟料為骨料的高鋁高強耐火澆注料性能。

（2）由于礬土基均質料性能均一、致密、穩定等特點，使得以礬土基均質料為骨料的高鋁高強耐火澆注料在實際應用上性能更加優越。

（3）為礬土基均質料應用于其它級別耐火材料的開發應用與研究提供有力參考。

[1]王林俊.我國礬土基均質料的發展現狀及其在不定形耐火材料中的應用[J].耐火材料.2012,46(3):220-223.

[2]鐘香崇.自主創新，發展新型優質耐火材料[J].耐火材料.2005,39(1):1-5.

[3]陳慶明,魏同.我國高鋁礬土均化料的技術進步[J].耐火材料.2011,45(5):376-381.

[4]袁林,王杰曾.新型干法水泥窯用耐火材料的現狀與發展[J].耐火材料.2010,44(5):383-386.

[5]鐘香崇.大力發展優質合成耐火材料[J].耐火材料.2000,34(1):1-6.

[6]高建榮.礬土熟料和礬土均化料的性能及其在高鋁澆注料中的應用[J].耐火材料.2012,46(3):215-216.