新型結(jié)合劑SioxX-Zero對噴煤管用無水泥澆注料顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響

張思思，王慶虎，彭 紅，李亞偉，舒小妹，戴長浩，王丹濱， ARINDAM Mukherjee

(1.武漢科技大學(xué)，省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430081；2.武漢科技大學(xué)，高溫材料與爐襯技術(shù)國家地方聯(lián)合 工程研究中心，武漢 430081；3.Elkem Silicon Materials, Kristiansand 4623；4.埃肯國際貿(mào)易(上海)有限公司，上海 200120； 5.Elkem India, Mumbai 400705)

0 引 言

噴煤管是水泥窯的關(guān)鍵受力元件之一，其服役環(huán)境極其苛刻。實(shí)際生產(chǎn)中，噴煤管的前端位于窯筒體內(nèi)部，服役溫度高達(dá)1 350～1 400 ℃。在此高溫條件下，該部位的澆注料長時(shí)間承受高溫氣流及其夾帶熟料粉塵的快速沖刷，這種沖刷作用在噴煤管下部更加劇烈，導(dǎo)致澆注料極易產(chǎn)生開裂和剝落，服役壽命大幅下降[1-2]。因此，改善噴煤管部位澆注料的高溫力學(xué)性能，顯得尤為重要。

目前，噴煤管澆注料通常采用鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。高溫下，水泥中的Ca元素會與澆注料組分反應(yīng)，生成鈣長石、鈣鋁黃長石等低熔點(diǎn)相，導(dǎo)致澆注料高溫力學(xué)性能惡化及服役壽命衰減[3-6]。因此，開發(fā)低水泥(CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～2.5%)[7-10]、超低水泥(CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～1.0%)甚至無水泥(CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.2%)結(jié)合澆注料[11-12]，是噴煤管用澆注料的主要發(fā)展趨勢之一。SioxX-Zero是一種不含Ca元素的新型無水泥結(jié)合劑，能與澆注料體系中陽離子結(jié)合，原位形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于調(diào)控凝固/硬化過程和提高生坯強(qiáng)度，改善無水泥澆注料的施工性能[13-16]。更重要的是，SioxX-Zero的主要化學(xué)組分為Al2O3和SiO2，能促進(jìn)澆注料體系中針狀、柱狀莫來石增強(qiáng)相的原位生成，形成相互交錯(cuò)的陶瓷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善材料的高溫力學(xué)性能[15-17]。因此，將SioxX-Zero作為噴煤管澆注料的結(jié)合劑，有望使材料兼具好的施工性能和較優(yōu)的高溫力學(xué)性能，從而提升澆注料的服役壽命。

本工作以噴煤管用Al2O3-SiC質(zhì)澆注料為研究對象，研究了新型SioxX-Zero結(jié)合劑對澆注料顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響，旨在為高性能噴煤管用澆注料的設(shè)計(jì)和制備提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及樣品制備

主要原料包括板狀剛玉(臨界粒徑≤5 mm，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.9%)、SiC(臨界粒徑≤3 mm，SiC純度為97.6%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))、α-Al2O3微粉(2 μm，Al2O3純度為99.1%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))、SiO2微粉(SiO2純度>94%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Elkem Silicon Materials，Norway)、鋁酸鈣水泥(Secar 71，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.6%，益瑞石鋁酸鹽有限公司)、新型結(jié)合劑SioxX-Zero(SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%～70%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～40%，Elkem Silicon Materials， Norway)和聚羧酸酯醚類型減水劑。按結(jié)……