不同減水劑對(duì)Al2O3-SiC-C質(zhì)出鐵溝澆注料性能的影響

柯昌美 周黎琴 胡永 王全全 張金龍 汪振忠

(武漢科技大學(xué)湖北省煤轉(zhuǎn)化與新型碳材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

不同減水劑對(duì)Al2O3-SiC-C質(zhì)出鐵溝澆注料性能的影響

柯昌美 周黎琴 胡永 王全全 張金龍 汪振忠

(武漢科技大學(xué)湖北省煤轉(zhuǎn)化與新型碳材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

研究了普通減水劑 (三聚磷酸鈉 STP、六偏磷酸鈉 SHP和檸檬酸鈉 Sodium Citrate)和高效減水劑 (市售聚羧酸型 HSPC-8A、自制聚羧酸型WKPC和德國進(jìn)口 Castament-FS20等)這六種不同減水劑對(duì) Al2O3-SiC-C質(zhì)出鐵溝澆注料施工性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用自制聚羧酸型WKPC所得制品性能最好,可以獲得符合要求且性能良好的出鐵溝澆注料。

鐵溝澆注料 Al2O3-SiC-C 硅溶膠結(jié)合 高效減水劑 施工性能

0 前言

近年來,高爐出鐵溝澆注料所采用的材質(zhì)大多數(shù)為Al2O3-SiC-C,通常采用鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑[1],但是因?yàn)槭┕がF(xiàn)場高爐的休風(fēng)時(shí)間有限,以及出鐵溝澆注料所需養(yǎng)護(hù)時(shí)間長等特點(diǎn),從而限制了鋁酸鈣水泥結(jié)合的出鐵溝澆注料在高溫條件下的使用。所以,目前特別是國外,一般采用基于溶膠-凝膠原理技術(shù)的硅溶膠作為結(jié)合劑[1-3]。但使用硅溶膠作為結(jié)合劑時(shí),在施工現(xiàn)場,當(dāng)硅溶膠的加入量少時(shí),澆注料凝固太快,流動(dòng)分散性不佳;當(dāng)加入量大時(shí),流動(dòng)性有所提高,但脫模后,材料表面結(jié)構(gòu)疏松且耐壓和抗折強(qiáng)度不高。針對(duì)上述問題,筆者研究了三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、檸檬酸酸鈉、聚羧酸類減水劑 HSPC-8A、FS20和自制聚羧酸型減水劑WKPC等六種不同減水劑對(duì)澆注料性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所采用的主要原料有:鋁礬土熟料、電熔棕剛玉、特級(jí)碳化硅細(xì)粉、活性氧化鋁超細(xì)粉、球形中溫瀝青、氧化硅微粉、金屬硅粉、鋁酸鈣水泥、市售普通 (高效)減水劑和自制減水劑。自制聚羧酸型WKPC減水劑的主要成分是一種有機(jī)聚羧酸型減水劑。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理,在分子的主 (側(cè))鏈上引入活性基團(tuán)羥基、氨基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳型結(jié)構(gòu)[4-6],并且通過復(fù)合技術(shù)改性,引入一種特殊的具有保水性質(zhì)的纖維素類高分子。主要原料的化學(xué)組成見表 1,硅溶膠結(jié)合劑的組成和性能見表 2。

表1 部分原料的化學(xué)組成 w%

表2 硅溶膠的化學(xué)組成及物理性能

1.2 試驗(yàn)方法和性能檢測

試驗(yàn)均在保持基料的配比不變的條件下進(jìn)行,即:礬土熟料 60%,特級(jí)碳化硅 15%,活性氧化鋁超細(xì)粉 10%,球形中溫瀝青 4%,氧化硅灰粉 2%,金屬硅粉 0.5%,鋁酸鈣水泥 1%,硅溶膠 7.5%。

將各個(gè)基礎(chǔ)組分配制成 1 kg的混合物,按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,普通型和高效型減水劑均在外加用量相同 (即:0.3%)的情況下加入 (見表 3)。在攪拌鍋內(nèi)干混 30 s,此后勻速加入適量的水再攪拌 120 s[7]。隨后倒入三聯(lián)模具中振動(dòng)成型為 40 mm×40 mm×160 mm的條狀試樣;自然養(yǎng)護(hù) 24 h后脫模,在室溫條件下自然干燥 24 h,然后分別在 110℃×24 h和 1450℃×3 h的溫度下進(jìn)行熱處理,按照耐火材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法分別測定各試樣的顯氣孔率、體積密度、耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度[8],流動(dòng)值的測定按照 GB/T2419-94中的跳桌法進(jìn)行。

表3 減水劑種類的編號(hào)

2 結(jié)果與討論

2.1 減水劑對(duì)澆注料流動(dòng)值的影響

試驗(yàn)均在加水量一定的前提下進(jìn)行,普通型和高效型減水劑對(duì)澆注料的流動(dòng)值如圖 1所示。

圖1 不同減水劑對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響

由圖 1可以看出,B、C、D和 E組試樣的流動(dòng)值明顯均高于其他組;A、F和 G組試樣的流動(dòng)值較低,甚至 F組試樣中所使用 STP減水劑所達(dá)到的流動(dòng)性效果則不及空白試樣 G組的效果好。其原因可能是:STP更適合含 Si微粉體系,而 SHP則適合含活性 Al2O3微粉體系[9]。這說明:高效減水劑比普通減水劑起到更好的分散效果,從而達(dá)到相對(duì)較高的流動(dòng)值。

2.2 減水劑對(duì)澆注料的顯氣孔率、體積密度的影響

試樣經(jīng) 110℃×24 h和 1450℃×3 h熱處理后所測得的顯氣孔率和體積密度如圖 2所示。

圖2 不同減水劑對(duì)澆注料體積密度和氣孔率的影響

由圖 2可知:各組試樣的體積密度均隨氣孔率的增大而降低。這是因?yàn)闅饪茁适悄突鹬破分械拈_口氣孔的體積與制品總體積的百分比,是評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的重要指標(biāo),反映耐火材料的致密度[10]。當(dāng)溫度達(dá)到 110℃時(shí),各組試樣的體積密度稍有下降。然而,溫度上升到 1450℃時(shí),體積密度均有所提高。這是因?yàn)樵?110℃澆注成型制品中的水分除去后,在制品中產(chǎn)生氣孔,導(dǎo)致密度下降。然而,溫度上升到 1450℃時(shí),物料的蒸汽壓增加,擴(kuò)散系數(shù)增大,液相粘度降低,從而促進(jìn)了蒸發(fā) -凝聚,離子和空位的擴(kuò)散,顆粒重排和粘、塑性流動(dòng)等物質(zhì)傳遞過程的發(fā)生,故使燒結(jié)速度加快,燒結(jié)密度提高及除掉氣孔而導(dǎo)致成分產(chǎn)生致密化[11]。因此,從澆注料的氣孔率控制在使用標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)來說 C、D和 E組的試樣均符合要求,但是 D組的試樣具有最佳效果,B組的試樣的氣孔率較高,但是仍在使用標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

2.3 減水劑對(duì)澆注料的耐壓、抗折強(qiáng)度的影響

試樣經(jīng) 110℃×24 h和 1450℃×3 h熱處理后所測得的耐壓和抗折強(qiáng)度如圖 3所示。

圖3 各類減水劑對(duì)澆注料耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響

由圖 3可知,B和 D組的試樣在經(jīng)過 110℃烘干和 1450℃燒成后的耐壓及抗折強(qiáng)度均比其它組試樣的要高,并且各組試樣的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在經(jīng) 1450℃燒成后比經(jīng) 110℃烘干后,其強(qiáng)度均有不同程度的提高。這是因?yàn)?110℃烘干時(shí),隨著水分的蒸發(fā),硅溶膠形成 -Si-O-Si-凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),產(chǎn)生了膠著與結(jié)合,提高了澆注料的強(qiáng)度。由于溫度的繼續(xù)升高,達(dá)到 1450℃時(shí),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包裹的 Al2O3和 -Si-O-Si-開始進(jìn)行莫來石化反應(yīng)并且其反應(yīng)程度加劇,生成了莫來石礦物[12],所以試樣的強(qiáng)度隨熱處理溫度的升高而明顯增大。

3 結(jié)論

1)出鐵溝澆注料中有些減水劑 (比如 A、B、C和D組的試樣中所使用的減水劑)對(duì)其流動(dòng)性有明顯地促進(jìn)作用。

2)采用聚羧酸類高效減水劑WKPC、HSPC-8A和 FS20均能有效改善澆注料的相關(guān)性能,其耐壓和抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)均優(yōu)于其它減水劑。

3)采用德國進(jìn)口 Castament-FS20雖然在改善澆注料的施工性能等方面較 HSPC-8A和WKPC減水劑稍有優(yōu)勢,但是在考慮性價(jià)比后,自制WKPC減水劑則是實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的最佳選擇。

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EFFECT OF D IFFERENT TYPES OFWATER REDUCERS ON THE PROPERTIES OF Al2O3-SiC-C IRON TROUGH CASTABLE

Ke Changmei Zhou Liqin Hu Yong WangQuanquan Zhang Jinlong Wang Zhenzhong
(Hubei Coal Conversion and New CarbonMaterial KeyLaboratory,Wuhan University of Science and Technology)

This paper investigated the effect of different types of water reducers including nor malwater reducers such as STP,SHP and sodium citrate,and super plasticizer such as HSPC,FS20 andWKPC on the properties ofAl2O3-SiC-C castable.It is found that iron trough castable of good performance can be obtained when the water reducer isWKPC.

iron trough Al2O3-SiC-C silicon sol-binded super plasticizer construction perfor mance

＊

聯(lián)系人:柯昌美,博士,教授,湖北.武漢 (430081),武漢科技大學(xué)湖北省煤轉(zhuǎn)化與新型碳材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;

2011—1—6