在耐火浇注料的组成中铝酸钙水泥是一种主要的水合结合物质。但是在耐火材料组成中Al2O3和CaO的存在会降低其耐火度,尤其是添加有硅微粉时。因此,可以研究利用氢氧化铝作为不含钙的结合材料。
过去的研究表明,使用氢氧化铝作为结合剂的浇注料与使用铝酸钙和磷酸盐结合剂的浇注料相比具有很高的耐火度。但是,氢氧化铝粉的比表面积大、需水量及分散剂的量较大,与传统浇注料相比,造成搅拌时间二次增加。结合剂的水合作用过程会引起浇注料的硬化,对于硬化条件十分敏感,伴随而生的是浇注料的透气性和气孔率降低。因此,浇注料在干燥和预热过程中,如果其中的水蒸气压力超过硬化了的浇注料的机械强度会产生爆裂性损毁。针对这些情况,德国的研究人员研究了使用新型多功能结合剂体系的浇注料的性能,这种新型结合剂材料能在使用反絮凝剂的情况下增强浇注料的流动性。并研究了在浇注料中所含的这种新型结合材料和氢氧化铝的优点。
试验用浇注料中含24%的铝镁尖晶石和76%的氧化铝。利用Andreasen粒度分布模型(取q=0.28,最大粒度为5 mm)使其配料组成最佳化。试验主要研究了三种配方,其中一种含有水化板状氧化铝(配方HA以氢氧化铝作为结合材料),另两种含有不同数量的新型结合剂—RB1和RB2(焦油结合剂),见表1。
表1 浇注料的配料(w)/%
指标 |
HA |
RB1 |
RB2 | |
板状氧化铝 |
T60/64 |
62 |
62 |
62 |
活性氧化铝 |
CTC50,CT3000SG |
11 |
14 |
14 |
铝镁尖晶石 |
AR78 |
24 |
24 |
- |
氢氧化铝 |
Alphbond 300 |
3.0 |
- |
- |
添加剂 |
ADW |
0.5 |
- |
- |
ADS |
0.5 |
- |
- | |
焦油 |
|
- |
1.0 |
2.0 |
硬化剂 |
|
- |
0.15 |
0.3 |
水 |
|
5.5 |
5.5 |
5.5 |
将各配方的配料根据DIN EN 1402标准进行充分搅拌,浇注法制成40 mm×40 mm×160 mm的试样。使用新型结合剂的试样30 min后即可脱模,而使用氢氧化铝粉的试样使用能控制硬化过程的特殊添加剂,要120 min后脱模。试样经120 ℃ 24 h干燥后在电炉中经1 650 ℃烧成,升温速度为3℃·min-1,最高温时保温180 min。分别用相应的方法测定烧成试样的显气孔率、体积密度和抗折强度,分析试样的相组成和显微结构。测定结果见表2。
表2 试样干燥和烧成后的性能
指标 |
HA |
RB1 |
RB2 | |
体积密度 |
120 ℃ |
2.90 |
2.95 |
2.97 |
1 650 ℃ |
3.05 |
3.04 |
2.91 | |
抗折强度 |
120 ℃ |
3.21 |
4.63 |
5.53 |
1 650 ℃ |
39.83 |
37.07 |
23.96 | |
显气孔率/% |
1 650 ℃ |
19.0 |
18.1 |
18.9 |
弹性模量/GPa |
1 650 ℃ |
74.4 |
69.8 |
54.0 |