在钢铁或有色金属的生产中,使用隔热耐火材料来降低能源成本。多孔铝酸钙骨料CA6(CaO∙6Al2O3)具有气孔率高、隔热性好、力学强度中等的特点,广泛应用于隔热耐火材料中。然而,CA6与钢渣(主要由CaO和SiO2组成)反应生成低熔点化合物。日本名古屋工业大学的研究人员采用Na2O-B2O3-SiO2玻璃熔剂高温蒸发法开发出了多孔氧化铝骨料,其具有良好的耐高温性能,抗侵蚀性以及隔热性能。其采用氢氧化铝作为主要原料,以硼酸、碳酸钠以及水玻璃为熔剂,碳粉(鳞片石墨,固定碳含量为98%)作为润滑剂和造孔剂。将氢氧化铝(<10 µm)、硼酸、碳酸钠和水玻璃以及碳粉(<10 µm)按质量比100∶1∶0.4∶(0~3)∶10进行配比,混合均匀后在50 MPa压力下单轴加压压制成试样,在还原气氛下,以100 °C/h加热到1700 ℃保温1 h。然后在1000 ℃空气条件下加热1 h去除残余碳,制得多孔氧化铝骨料(PA)。检测制备的多孔氧化铝骨料的理化性能指标,结果表1所示。多孔氧化铝骨料显微结构是由纸牌屋式的多孔结构构成,其由各向异性的片状氧化铝晶粒构成,主要晶粒尺寸为5~20 μm。
表1 开发的多孔氧化铝骨料的理化性能指标
项目 |
体积密度/(g·cm-3) |
显气孔率/% |
常温耐压强度/MPa |
w(Al2O3)/% |
w(SiO2)/% |
w(CaO)/% |
PA |
1.26 |
69.8 |
1.8 |
99.40 |
0.42 |
0.01 |
CA6 |
1.02 |
72.4 |
- |
91.19 |
0.11 |
8.46 |
利用制备的多孔氧化铝骨料PA制备浇注料,并与采用CA6制备的浇注料进行比较。结果发现,与使用CA6骨料制被的浇注料相比,使用PA骨料制成的隔热浇注料的机械强度增加了1.5~2倍,耐FeO侵蚀性提高了1.7倍。PA浇注料在室温下表现出较高的热导率,但在1400℃时降低到0.85 W•m-1•K-1,表现出与CA6浇注料(0.67W•m-1•K-1)相似的隔热性能。因此,采用高温蒸发技术制备的多孔氧化铝骨料可作为耐火隔热材料。