硅微粉加入量对加热炉用低水泥浇注料性能的影响

硅微粉加入量对加热炉用低水泥浇注料性能的影响

郑杰

云南濮耐昆钢高温材料有限公司，云南安宁650302

摘 要：以60铝矾土为骨料，以85高级铝矾土粉、92#硅微粉为基质，CA-60水泥为结合剂，以金属铝微粉为防爆裂剂，研制加热炉用低水泥浇注料。研究92#硅微粉不同加入量（3%，4%，5%，6%）对加热炉用低水泥浇注料流动性、常温抗折强度和耐压强度、1100℃×3h抗折强度和耐压强度、1350℃×3h抗折强度和耐压强度、烧后线变化率的影响。研究表明：硅微粉加入量1%时，加热炉用低水泥浇注料的常温抗折耐压强度、烧后抗折耐压强度、体积密度和烧后线变化最佳。

关键词：低水泥浇注料，92#硅微粉，烧后强度，烧后线变化

加热炉是石油、化工、有色、钢铁等行业重要的加热设备，加热炉的建造和维修都需要较多的耐火材料。目前加热炉工作衬大部分都使用低水泥浇注料整体浇筑，低水泥浇注料因为气孔率低、、密度大、体积稳定性好、强度高等优点。硅微粉作为超细粉，能够有效提供浇注料的堆积密度，降低浇注料的加水量等特点，所以硅微粉在浇注料中大量应用。本文研究硅微粉的加入量对加热炉用低水泥浇注料性能的影响。

1 试验

1.1原料及配比

试验所用原料及化学成分组成见表1.

表1原料化学成分组成

本实验以60#铝矾土为骨料，以85高级铝矾土粉、92#硅微粉为基质，CA-60水泥为结合剂。骨料配比固定，调整硅微粉加入量（3%，4%，5%，6%），制备加热炉用低水泥浇注料。

表2 实验配比

1.2试样制备及性能检测

按照表2实验配比进行配料，置于搅拌锅内，干混2-3min搅拌均匀，加入适量的水继续搅拌，搅拌充分后，测其自流值，后将试样浇注成40mm×40mm×160mm各9条，模内自然养护24h后，脱模放入烘箱中110℃干燥24h，分别经110×24h、1100℃×3h和1500℃×3h的热处理，检测试样的常温抗折耐压强度、高温处理后抗折耐压强度、体积密度、气孔率和烧后线变化率。

2结果与讨论

2.1硅微粉对加热炉用低水泥浇注料加水量的影响

表3 加热炉用低水泥浇注料的流动性

从表3可以看出，随着硅微粉加入量的增加，加热炉用低水泥浇注料加水量先增加后减少，加热炉用低水泥浇注料的流动值先增加后减少。在同等加水量的情况下，硅微粉加入量为5%时，低水泥浇注料有较好的流动值，低水泥浇注料有较好的施工性能。

硅微粉具有较大的比表面积，能够很好的填充在浇注料的微小孔隙间，随着硅微粉加入量的增加，浇注料的微小孔隙逐渐被填充满，就会减少低水泥浇注料加水量[2]。加水后，硅微粉容易吸附表面活化剂带电，同等电荷相斥，使硅微粉均匀的分布在浇注料的小颗粒之间，起到润滑作用使得浇注料的流动值增加，施工性能较好。

2.2硅微粉对加热炉用低水泥浇注料强度的影响

图1 硅微粉加入量对抗折强度的影响         图2硅微粉加入量对耐压强度的影响

图1和图2是不同硅微粉加入量和不同温度热处理后试样的抗折强度和耐压强度。从图1和图2中可以看出，水泥加入比例不变，随着硅微粉的增加，加热炉用低水泥浇注料的常温抗折强度和耐压强度随着硅微粉的加入先增强后降低。试样的中温抗折强度和耐压强度也是随着硅微粉加入量的增加先增强后降低。随着硅微粉加入量的增加，试样的高温的抗折强度和耐压强度逐渐增强。

试样的中温抗折强度和耐压强度比高温的抗折强度和耐压强度高[4]，是因为硅微粉表面有断键的存在容易形成硅醇基（Si-OH），在较低温度110℃下，硅微粉和水泥水化，在硅微粉表面硅醇基（Si-OH）脱水聚合形成由Si-O-Si键，从而提高硅微粉在低温下的结合强度。硅微粉加入量多会导致加水量的增加，导致试样烘后气孔率增大，烘后强度降低。硅微粉表面的Si-O-Si键在300℃形成链的基本形态并且能够保持这种链的形状到1100℃，从而维持试样有较高的中温强度[5]。

1350℃热处理，硅微粉在中温时开始产生液相促进试样烧结，使试样的高温烧后强度增加，硅微粉

加入过多产生过多的液相从而导致试样的高温抗折强度和耐压强度下降。

2.3硅微粉对加热炉用低水泥浇注料体积密度和显气孔率的影响

图3 硅微粉加入量对体积密度的影响           图4 硅微粉加入量对显气孔率的影响

从图3和图4可以看出，低水泥浇注料的体积密度先增高后降低。随着硅微粉加入量的增加，低水泥浇注料的微小孔隙逐渐被填充满，低水泥浇注料的气孔率就会降低，体积密度逐渐增大。硅微粉加入量过多会破坏有机减水剂的作用，致使加水量增加，导致试样的气孔增多，气孔率升高，体积密度降低[6]。高温低水泥浇注料生成液相，填充试样中的气孔，试样高温处理后的气孔率会有明显下降。硅微粉加入量为5%时，低水泥浇注料有较好的体积密度和显气孔率。

3结论

在硅微粉加入量为5%时，低水泥浇注料的流动值、抗折强度、耐压强度、气孔率等效果最佳。研制的低水泥浇注料使用在师宗县沃莱迪金属有限公司加热炉上使用，目前已经正常使用2年时间。

参考文献

1 薛海涛，徐勇.硅微粉在耐火浇注料中的应用[J].工业炉，2014,36（4）：65-67.

2 贺智勇，彭小艳等.硅微粉对超低水泥浇注料流动性影响的研究.硅酸盐通报，2005,6:224-228.

3张智慧，徐海森，阮国智等. 尖晶石加入量、水泥种类对刚玉一尖晶石浇注料高温抗折强度的影响[J]. 耐火材料，2013，47（6）：423-426.

4李楠，顾志华，赵惠忠.耐火材料学.冶金工业出版社，2010:316-318.

5李晓明.微粉与新型耐火材料.冶金工业出版社，2004:21-40.

6 王子军，梁小龙等.硅微粉的加入对刚玉自流浇注料性能的影响.工业炉，2017,39（4）：62-64.