微粉在冶金耐火材料中的應用開發

李江（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

微粉在冶金耐火材料中的應用開發

李江
（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

近年來，隨著我國耐火行業的不斷發展，對微粉的應用越來越廣泛，實踐表明，將適量的微粉加入到冶金耐火材料當中，能夠使材料的性能獲得顯著改善。為此，有必要加大微粉在冶金耐火材料中的應用開發力度?；诖它c，文章首先簡要分析了微粉的特性及其作用機理，在此基礎上對冶金耐火材料中微粉的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對微粉在冶金耐火材料中的推廣應用起到一定的促進作用。

微粉 冶金 耐火材料

1　微粉的特性及其作用機理分析

微粉也被稱之為硅微粉，它是一種由天然石英（SiO2）經過破碎、球磨等多道工藝制成的超細粉狀材料，其最為顯著的特點是無毒、無味、無污染。微粉具備以下性能：耐溫性、耐酸堿腐蝕性、高絕緣性、硬度大等等。

1.1微粉的特性

以固體微粉為例，當其遭到破碎之后，表面積會迅速增大，相關研究結果表明，微粉的顆粒粒徑變得越小，其表面積增大的幅度就越大，但表面層的質點與內部質點所受周圍離子、分子的相互作用力卻是完全不同的，基于這一前提，表面的質點在不平衡作用力的驅使下，會與平衡位置發生一定的偏離，再加上邊角位置處的質點逐步縮小，也會導致表面質點位置出現偏離。同時，當機械的粉碎作用使固體微粉達到一定粒徑之后，這種作用力并不會立即停止，而是會繼續對表面層進行破壞，由此使得固體表面質點具備了更高的表面能，進而使高比表面積的微粉在燒結過程中表現出更為顯著的活性，有助于促進燒結過程的完成。

1.2微粉的作用機理

隨著微粉應用領域的逐步拓寬，對它的研究也越來越深入，在對微粉進行應用的過程中，必須清楚其作用機理。雖然微粉本身的作用機理較為復雜，但它的基本機理卻比較簡單，即填充與潤滑。微粉能夠填充骨料與粉料之間并不密實的空隙，從而使用水量大幅度降低，當成型體將多余的水分全部排除之后，本體上留存的孔洞會隨之減少，由此能夠使成型體的體積密度顯著提高，顯氣孔率則會有所降低，在這一前提下，材料的結構強度會獲得明顯改善，其性能也會得到優化。此外，當微粉粒子與水發生反應后會形成膠體粒子，如果有分散劑存在，則會在粒子的表面上形成雙點層的重疊，進而產生出靜電斥力，這樣一來，質點間的范德華力被有效克服，界面能降低，避免了粒子間的吸附凝聚效應。

2　冶金耐火材料中微粉的應用

在冶金耐火材料生產制造的過程中，應用較多的微粉有以下幾種：SiO2（二氧化硅微粉）、Al2O3（氧化鋁微粉）、SiC（碳化硅微粉）、鋯英石微粉等等。雖然微粉在冶金耐材料生產中的加入量相對較少，但其產生出來的效果卻非常明顯。下面本文重點對微粉在不定型和定型耐火材料中的應用開發進行論述。

2.1在不定型冶金耐火材料中的應用開發

近年來，隨著我國科學技術水平的不斷提高，耐火行業隨之獲得了長足進步，澆注料也在這一前提下得到了發展，由原本的普通型，發展為現在的超低水泥型，與之相應的結合劑也從水玻璃、磷酸鹽等發展為活性微粉和添加劑，從而使得澆注料的性能獲得了顯著提升，其應用范圍大幅度拓寬。

（1）SiO2微粉的應用。通過對低水泥耐火澆注料進行研究后發現，在較少水泥用量的基礎上，獲得超高耐火性的關鍵是微粉與外加劑的使用。微硅粉又被稱之為硅灰，它是鐵合金在冶煉硅鐵和金屬硅時，熱電爐內產生出大量的SiO2和Si氣體排放后于空氣氧化冷凝沉淀后的產物，屬于工業冶煉中最為典型的副產物之一。SiO2是硅灰的主要成分之一，它的特點是比表面積大、表面能較高、吸水性好且易發生團聚。在耐火澆注料的加工過程中，摻入適量的SiO2微粉及分散劑能夠使其流動性獲得顯著提升。相關試驗結果顯示，澆注料的硬化是水泥水化與微粉凝結的共同作用，微粉的加入量對澆注料的性能及理化指標具有顯著的影響，鑒于此，為了進一步提升耐火澆注料的性能，除了要優選微粉之外，還要確保用量合理。

（2）Al2O3微粉的應用。Al2O3微粉除了能夠顯著提升耐火澆注料的性能之外，還對確定高溫條件下耐火澆注料的莫來石化程度具有重要作用。Al2O3與SiO2在1200-1400℃的條件下發生反應會形成莫來石，其前提是氧化鈣的含量較低，相關研究結果表明，莫來石化決定高溫強度的發展，其能夠使耐火澆注料的高溫熱機械性能獲得大幅度提升。不僅如此，Al2O3微粉對耐火澆注料的澆注性能也有著較大的影響，如采用SiO2微粉、鋁酸鹽水泥、添加劑以及活性氧化鋁微粉等，按照用途的不同，配以葉蠟石粉、莫來石粉等，再以硬質和輕質粘土作為骨料，便可開發出性能優異的低水泥耐火澆注料，具體的產品包括：爐外用冶金噴槍加熱爐用澆注料、加熱爐燒嘴磚等等。由此可見，微粉的應用進一步增加了產品的種類，其性能也有所提高。

2.2在定型耐火材料中的應用

由于微粉表面質點具有活化性強的特點，加之其表面缺陷較多，所以能夠有效促進燒結進程，并使燒成溫度顯著降低。相關試驗結果表明，加入的微粉為1-5μm時，最能促進燒結過程，加入微粉的作用具體體現在如下幾個方面：其一，能夠有效填充空隙，從而使氣孔減小，需要注意的是加入量不得過大，不然會造成致密性下降；其二，微粉一般都分布于顆粒的邊緣，因其自身所具備的表面活性，所以能在低溫狀態下與顆粒進行良好的結合，從而使一部分貫通氣孔被封閉，由此能夠顯著提升制品的致密性和強度，并進一步促進燒結，試驗研究結果表明，微粉的這個作用僅在其粒度＜5μm時才會出現。故此，借助微粉的這個特性將之加入到燒成耐火制品當中，能夠有效增強制品的強度和密度。如高鋁礬土和硬質粘土熟料作為基料，并加入一定量的石英和Al2O3微粉，便可以使材料自身的抗蠕變性能獲得顯著改善，由此可以開發出蠕變性較低的粘土磚和高鋁磚制品，此類產品在煉鐵廠的熱風爐中應用較為廣泛。

3　結語

綜上所述，在冶金耐火材料的開發中，加入適量的微粉，有助于產品整體性能的提升。本文僅就比較常用的SiO2微粉和Al2O3微粉在冶金耐火材料中的應用進行了論述，在未來一段時期應當加大對其它微粉在冶金耐火材料中應用的研究，針對于冶金耐火材料性能的提高具有非常重要的現實意義。

［1］孫加林，曲殿利.硅微粉對Al203-SiC-C質鐵溝澆注料性能影響［J］.耐火材料，2013（3）.

［2］賈江議，許榮輝.一氧化硅微粉對鎂質澆注料的性能影響研究［J］.河南冶金，2012（6）.