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剛玉澆注料因其良好的高溫性能和耐磨性在大中型干法水泥回轉窯窯口、噴煤管等部分得到廣泛 應用。近年來，隨著水泥窯產量的增加，以及工業廢棄物、生活垃圾作為替代燃料在水泥生產中的逐漸應用，水泥窯內堿蒸氣等有害物質富集程度增加，堿蒸氣侵蝕加劇了澆注料剝落、掉塊現象，降低了其使用壽命。因此，提升剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能已成為一項迫切需要解決的問題。 針對水泥回轉窯窯口等部位剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能不能滿足替代燃料應用的問題，以鋰輝石粉 ( ≤0.044 mm) 、SiO2 微粉、Al2O3 微粉( ≤2 μm) 及助熔劑鉀長石粉( ≤0.044 mm) 為原料，分別按 SiO2、Al2O3的物質的量比為 4、6、8 和 10 配料，加入 60% ( w) 水共磨制備出 Li2O－Al2O3－SiO2 系釉漿，對剛玉澆注料浸漬上釉后，于1400 ℃保溫3 h熱處理制備涂釉剛玉澆注料。分析了釉料的熔化特性及影響剛玉澆注料表面成釉質量的因素，并對涂釉后的剛玉澆注料進行抗堿侵蝕試驗，探討了釉層對剛玉澆注料抗堿侵蝕性能的影響。結果表明:隨著SiO2、Al2O3的物質的量比的增加，釉料在成釉溫度時的液相增多和黏度增大，釉面質量主要與釉料 在成釉溫度時的液相量及黏度有關; 設計的釉料可以成功制備出釉層鋪展均勻、坯釉結合良好的含釉澆注料，SiO2、Al2O3的物質的量比為6和8的釉料在剛玉澆注料表面施釉后，可以封閉澆注料表面的氣孔并降低其顯氣孔率，顯著阻隔了堿蒸氣向澆注料內部的滲透，明顯提高了剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能。 釉作為附著于陶瓷等基體表面的一種連續的玻璃層或玻璃體與晶體的混合層，具有高的致密性，能夠有效阻止侵蝕介質進入基體，在提升基體抗滲透與侵蝕性方面具有重要作用。 Li2O－MgO－Al2O3－SiO2系高溫低膨脹釉，利用其封堵 焦爐爐門堇青石磚表面絕大部分開口氣孔，從而有效 阻止了煉焦所產生的有害物質( 焦爐煤氣、焦油、硫酸 鹽及氨類) 向磚內的滲透和侵蝕。基于此，本工作中 擬從水泥窯窯口剛玉澆注料的實際使用條件出發，選 擇具有低膨脹系數的 Li2O－Al2O3 －SiO2 系高溫釉，根 據賽格爾陶瓷釉始熔溫度經驗公式設計釉料組成，采 用一次燒成法制備含釉剛玉澆注料，并研究高溫釉層 對澆注料抗堿侵蝕性能的影響。 一 釉組分設計 本工作中所涉及的釉必須能在窯口溫度下正常使用而不熔化滴落，能與基體良好結合且不發生開裂和剝落。鑒于回轉窯前窯口溫度一般在1400 ℃左右，本工作中釉料的始熔溫度選擇為 1 350 ℃，釉組成 選擇具有低膨脹系數的 Li2O－Al2O3－SiO2 體系。制備釉料所選用的主要原料有鋰輝石粉( ≤0.044 mm) 、 SiO2 微粉( Elkem，951) 、Al2O3 微粉( ≤2 μm) 和助熔劑鉀長石粉( ≤0． 044 mm) ，將所需原料按照釉配比嚴格配料，加入 60% ( w) 的水，于行星式球磨機中共磨 1 h( 球磨介質為鋯球， 料、球質量比為 1 3) ，制成均勻釉料待用。 1.1 涂釉剛玉澆注料的制備 剛玉澆注料的配比(w)為: 5～3 mm板狀剛玉24%，3～1 mm 板狀剛玉28% ，≤1 mm 板 狀 剛 玉18%，≤0.074 mm 板狀剛玉13% ，≤0．045 mm 板狀剛玉6% ，α-Al2O3微粉( 2μm) 6% ，鋁酸鈣水泥( Secar 71) 5% ，外加劑0.1%。按配比配料于水泥膠砂攪拌機中先干混3 min，再外加 4% ～ 5% ( w) 水濕混 2 min，然后在 160 mm × 40 mm × 40 mm 三聯模 具中振動成型，自然養護24 h后脫模，再于恒溫干燥箱中 110 ℃保溫 24 h。將自然冷卻的澆注料試樣表面處理干凈，浸入釉漿中上釉，然后用軟毛刷將不足之處補刷，形成一層 約 1 mm 厚度的均勻釉層。將涂釉后的澆注料于 110 ℃恒溫干燥箱中烘干，1400 ℃保溫3h熱處理。為了使釉層能夠在澆注料表面均勻鋪展，升溫制度為: 25～500℃，10℃· min － 1 500 ～ 800 ℃，5 ℃·min － 1 ; 800 ～ 1100 ℃，3 ℃·min － 1 ; 1100～1 400℃，2℃·min－ 1 。 1．2性能表征 將按釉料配比配制的原料混合均勻，壓制成 3 mm×3mm試樣，利用高溫物性分析儀記錄不同釉料試樣高度隨溫度的變化( 試驗基板為剛玉質基板) 以及軟化點、半球點。 將熱處理后的試樣分別按照 GB /T 3001—2007、 GB /T 2997—2000 檢測未涂釉試樣與涂釉試樣的常 溫抗折強度、體積密度和顯氣孔率。 靜態抗堿侵蝕試驗: 將涂釉澆注料試樣與未涂釉 澆注料試樣切割成 40 mm×40mm×40mm立方體小樣(切割后涂釉試樣有一面無釉)，堿侵蝕介 質為 K2CO3和炭黑( N774) 的混合物，m( K2CO3 )m(炭黑)=1; 然后將試樣置于石墨坩堝中，用m( K2CO3) m(炭黑)=1的混合物包埋,再將石墨坩堝放入匣缽中并用焦炭掩埋。在1000 ℃下熱處理3h 后觀察試樣剖面的滲透狀況采用 Nova 400 Nano SEM 場發射 掃描電子顯微鏡觀察試樣的侵蝕狀況，并采用能譜儀 分析含釉試樣基體中元素相對含量的變化。 二 釉層對剛玉澆注料抗堿侵蝕性能的影響 在剛玉澆注料表面選擇涂覆釉并進行性能對比研究。得出了未涂釉和分別涂覆釉澆注料的體積密度、顯氣孔率和抗折強度。與未涂釉試樣相比，涂釉試樣體積密度略有增加，顯氣孔率明顯下降，而且抗折強度也有一定程度增加。釉的引入不僅封閉了澆注料表面的氣孔，而且很可能起到類似助燒劑作用，促進了澆注料的燒結，提升了其抗折強度。 未涂釉和涂覆釉的試樣經抗堿試驗后。可以看出，未涂釉試樣在經過抗堿試驗后顏色變化明顯，邊緣部分顏色變黑，可能是高SiO2、Al2O3物質的量比釉料仍保持較高的液相量。 與此同時，隨著釉料與基體反應量的增加，體系中液相的黏度均呈下降趨勢。液相黏度下降可能與兩方面的原因有關: 一是原有液相中部分 SiO2 組分與基體中 Al2O3 反應析出莫來石相，降低了 SiO2 組分相對 含量; 二是基體中 CaO 組分熔入液相中降低了液相黏 度。釉料與基體存在一定程度反應，提高了釉料與基體的結合程度，并且釉料中液相黏度的降低有利于其在基體表面鋪展。總的來說，本工作中所設計的高溫 釉體系中的釉面質量主要與釉料自身在成釉溫度下的液相量及液相黏度有關。 抗堿試驗后未涂釉試樣的顯微結構K元素分布圖及裂紋處的能譜圖。可以看出，未涂釉試樣侵蝕后結構較為致密，剛玉骨料與基質的界面難以辨認，幾乎觀察不到常規澆注料中氣孔的存在，局部區域出現裂紋。這一現象與鋁碳材料遭受堿侵蝕較為類似。能譜面掃描發現，視域范圍內K元素均勻分布在澆注料內部，這表明K元素在澆注料的滲透很嚴重。裂紋附近的能譜分析表明，其主要是 Al、O、K 元素，K 元素含量高達 7．5% 。Al2O3與K2O反應主要生成 KAlO2，理論上會產生 27.8%的體積膨脹; 高溫下Al2O3與K2O反應還可能生成 KAl9O14，在冷卻過程中會轉變成 KAl12O19，從而帶 來一定的體積變化，這些很可能是裂紋產生的原因。Si 和 K 元素主要存在于 表面釉層中，僅有少量擴散進入澆注料內部，這說明 釉層的存在極大地阻隔了堿侵蝕物向材料內部的滲 透，從而提高了剛玉澆注料的抗侵蝕性能。 三 結論 設計的釉料可以成功制備出釉層鋪展均勻、 坯釉結合良好的含釉澆注料，SiO2、Al2O3 的物質的量比為6和8的釉料在剛玉澆注料表面施釉后，可以封閉澆注料表面的氣孔并降低其顯氣孔率，顯著阻隔了 堿蒸氣向澆注料內部的滲透，明顯提高了剛玉澆注料 的抗堿侵蝕性能。 |
