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耐堿澆注料主要是用在窯爐內(nèi)襯有堿侵蝕的部位，如水泥窯頂分解系統(tǒng)的預(yù)熱器、管道系統(tǒng)及干法窯頂熱分解帶。水泥窯系統(tǒng)用耐堿澆注料在使用過(guò)程中，由于有害成分 R2O、SO3 、Cr 的蒸發(fā)和凝聚，反復(fù)循環(huán)導(dǎo)致堿的富集對(duì)澆注料產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕作用，最終導(dǎo)致 “堿裂”而損毀。對(duì)于廣泛使用的普通粘土質(zhì)耐火材料，有害物質(zhì)會(huì)在耐火材料表面形成(K,Na) 2 SO 4 、KCl、NaCl、CaSO 4 、2C 2 S·CaSO 4 及復(fù)鹽(Na,K) 2 SO 4 ·CaSO 4 等結(jié)皮礦物，而當(dāng)有害成分中硫含量較低時(shí)，堿類(lèi)物質(zhì)成為引起耐火材料侵蝕的主要因素。首先，堿類(lèi)物質(zhì)可以呈蒸氣相或液相侵入耐火材料內(nèi)襯氣孔，生成低熔點(diǎn)的長(zhǎng)石族礦物，新礦物相的產(chǎn)生所伴隨的體積膨脹往往導(dǎo)致耐火材料組織結(jié)構(gòu)發(fā)生分層或疏松 。其次，由于窯爐內(nèi)襯徑向存在溫度梯度以及雜質(zhì)相的濃度梯度，導(dǎo)致材料熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱率等性能差異，致使其抗熱震性顯著惡化。 Al2O3 -SiC耐堿澆注料在一定程度上可以改善耐火材料內(nèi)襯的耐侵蝕性能。眾所周知，SiC具有良好的耐堿侵蝕性，Al2O3 -SiC陶瓷還具備一定的自愈合性能。然而關(guān)于Al2O3 -SiC澆注料的耐堿侵蝕性能的研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。因此本實(shí)驗(yàn)以焦寶石骨料、礬土骨料、碳化硅粉料、莫來(lái)石粉料、氧化鋁微粉和二氧化硅微粉為主要原料，利用澆注料制備工藝制備Al2O3 -SiC質(zhì)澆注料，重點(diǎn)研究Al2O3 -SiC澆注料的耐堿機(jī)理及礬土骨料加入量對(duì)澆注料性能的影響。 焦寶石骨料和礬土骨料為山西陽(yáng)泉地區(qū)均化高鋁礬土（粒度為 7~0 mm）。粉料包括碳化硅粉料（<0.074mm）、莫來(lái)石粉料（<0.074 mm）、氧化鋁微粉（<0.044mm）和二氧化硅微粉（<5μm），結(jié)合劑為市售鋁酸鈣水泥。耐堿侵蝕實(shí)驗(yàn)用碳酸鉀為分析純藥劑。成型試樣為一種是用于耐堿性實(shí)驗(yàn)的外形為 Φ70 mm×70 mm 中心上方預(yù)制一個(gè) Φ25 mm×30 mm 孔洞的坩堝狀試樣。試樣室溫養(yǎng)護(hù) 48 h 后，在 110 ℃條件下干燥 24 h。干燥后部分試樣在 1100 ℃條件下，保溫 3 h 燒成。通過(guò)將 20 g 碳酸鉀置于燒后澆注料坩堝試樣中，并在高溫箱式電爐內(nèi)加熱至 1100 ℃保溫 2 h 進(jìn)行耐堿性實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)不定形耐火材料檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)110℃干燥后和 1100℃燒后澆注料試樣分析耐堿性侵蝕試樣的礦物相組成。利用 X 射線(xiàn)熒光光譜分析方法分析燒后試樣和耐堿性侵蝕試樣的組成。 Al2O3 -SiC澆注料1100℃燒后和抗堿性侵蝕試樣礦物相組成可以看出，Al2O3 -SiC澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來(lái)石、剛玉和鈣長(zhǎng)石。礦物組成中未發(fā)現(xiàn)SiC相，說(shuō)明原料中SiC在1000℃以上的高溫條件下表面氧化形成一層SiO2 薄膜，限制內(nèi)部SiC相氧化。而礦物組成中鱗石英主要源于焦寶石和SiC氧化后產(chǎn)物，莫來(lái)石和剛玉主要源于原料中莫來(lái)石、焦寶石和氧化鋁粉，而鈣長(zhǎng)石的產(chǎn)生恰恰說(shuō)明了高溫條件下鋁酸鈣水泥與澆注料組成中二氧化硅的相互作用。礦物組成中低熔物鈣長(zhǎng)石的形成也說(shuō)明鋁酸鈣水泥對(duì)Al2O3-SiC澆注料的促燒結(jié)作用。然而隨著礬土骨料加入量增大到30%，澆注料燒后試樣中莫來(lái)石相衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，鱗石英相衍射峰強(qiáng)度逐漸降低。可以發(fā)現(xiàn)澆注料燒后試樣組成中Al2O3 含量隨著系統(tǒng)中礬土加入量的增大而增大，礬土中引入的Al 2 O 3 與系統(tǒng)中過(guò)量的SiO2 發(fā)生固相反應(yīng)燒結(jié)生成二次莫來(lái)石，造成系統(tǒng)中莫來(lái)石相衍射峰強(qiáng)度的增大。通過(guò)對(duì)Al2O3 -SiC澆注料抗碳酸鉀堿侵蝕的研究，發(fā)現(xiàn)礦物相組成中除包含鱗石英、莫來(lái)石、剛玉和鈣長(zhǎng) 石之外,形成了低熔點(diǎn)礦物鉀長(zhǎng)石(K2O·Al2O3 ·6SiO2 )，鉀長(zhǎng)石屬于長(zhǎng)石型鋁硅酸鹽礦物 隨著澆注料系統(tǒng)中礬土骨料加入量的增大，說(shuō)明澆注料基質(zhì)中部分Al2O3和SiO2 被碳酸鉀分解形成的K2O所消耗，形成了鉀長(zhǎng)石。說(shuō)明有大量的K2O進(jìn)入到Al2O3 -SiC澆注料系統(tǒng)。然而從K2O對(duì)澆注料侵入量也可以發(fā)現(xiàn)，礬土加入量增大有利于Al2O3 -SiC澆注料抵抗堿侵蝕 。 結(jié) 論 1 Al2O3 -SiC 澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來(lái)石、剛玉和鈣長(zhǎng)石，隨著礬土骨料加入量增大，系統(tǒng)中莫來(lái)石化程度增大，莫來(lái)石化所產(chǎn)生的體積膨脹可以部分抵消澆注料燒結(jié)過(guò)程中的體積收縮。 2 澆注料耐堿侵蝕后試樣中鱗石英和莫來(lái)石相特征峰減弱，澆注料中部分 Al2O3 和 SiO2 被 K 2 O 所消耗，形成了低熔點(diǎn)相鉀長(zhǎng)石，隨著系統(tǒng)中礬土骨料加入量增大，Al2O3 -SiC 澆注料耐堿侵蝕性增強(qiáng)。 |
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