熊繼全 代潔 彭云濤 方昌榮 任強 程鵬

　　目前，加熱爐內襯使用的多為低水泥高鋁澆注料和無水泥高鋁澆注料。低水泥高鋁澆注料成型后由于水泥水化后的晶粒長大造成材料相對密實，水分難以排出，固化后一般還需養護2天，拆模后進行烘烤時，烘烤不宜過快，一般需要烘爐7天。而無水泥澆注料常溫強度較低，隨著水分的排出而強度提高，一般作為爐頂澆注材料，澆注以后需要自然干燥3天，然后還需要7天左右的烘爐時間。

　　采用這兩種澆注料不僅烘爐時間長，而且烘爐過程難以控制，當升溫速度稍有過快時，極易造成爐襯爆裂。為此，有研究人員以剛玉、莫來石為骨料，以莫來石粉、白剛玉粉及α-Al2O3微粉為細粉，采用硅溶膠作結合劑，通過添加適當的固化劑，研制了剛玉莫來石澆注料。該澆注料可以用極短的時間拆模、養護和烘爐，為爐體正常運行贏得了時間，提高了經濟效益。

　　試驗與研究

　　試驗原料。試驗用主要原料為電熔板狀剛玉骨料（Al2O3含量≥92.0%，粒度5毫米~8毫米、3毫米~5毫米、1毫米~3毫米、<1毫米），合成莫來石骨料（Al2O3含量≥60%，粒度5毫米~8毫米 、3毫米~5毫米、1毫米~3毫米、<1毫米），白剛玉粉（Al2O3含量≥ 99.40%，0.043毫米 ），α-Al2O3微粉及莫來石粉（Al2O3含量≥60%，0.043毫米）；結合劑硅溶膠及固化劑。

　　試樣的制備。通過對多組不同原料組成和不同粒度級配試驗的理化指標進行對比、分析和總結后，得到溶膠結合剛玉―莫來石澆注料的最佳粒度及組分配比。其中，不同原料的質量分數如下：板狀剛玉32%、莫來石51.5%、剛玉粉10%、α-Al2O3微粉6%、固化劑0.5%、硅溶膠10%（外加）。

　　研究人員按此配比稱取各相應的原料，將稱好的原料放入攪拌鍋中混勻，并分別添加適量的固化劑和結合劑。把攪拌好的料放入尺寸分別為40毫米×40毫米×160毫米和70毫米×70毫米×70毫米的模具中振動澆注成型，通過固化劑含量的改變，可控制試樣在90分鐘至150分鐘內形成固化，成型后常溫放置12小時后便可脫模，脫模后的試樣可直接放入烘箱在110℃環境下進行24小時干燥。對干燥好的40毫米×40毫米×160毫米的試樣分別進行815℃、1100℃和1400℃保溫3小時的熱處理。

　　性能檢測。研究人員對熱處理后的40毫米×40毫米×160毫米試樣分別按GB/T2997-2000檢測試樣的體積密度，按GB/T5988-2004檢測試樣燒后線變化率，按GB/T3001-2000檢測試樣的常溫抗折強度，按GB/T5072.2-2004檢測試樣的耐壓強度，按GB/T17617-1998對干燥后的70毫米×70毫米×70毫米試樣進行1100℃水冷抗熱震性的檢測。

　　結果與討論

　　試樣的物理性能分析。根據試樣經110℃環境下24小時干燥和815℃、1100℃、1400℃保溫3小時熱處理后的強度、體積密度和線變化率可以看出，試樣在烘干后的抗折及耐壓強度與普通低水泥高鋁澆注料相當，其主要原因：硅溶膠是粒徑從幾納米到數十納米的多聚硅酸分散體系，當硅溶膠與活性α-Al2O3微粉混合時，膠體粒子可吸附在α-Al2O3顆粒表面，形成單層飽和分布，同時填充于α-Al2O3顆粒間隙，因此其分散性和滲透性較好。當固化劑水化后形成離子促進硅溶膠凝膠時，導致納米粒子表面硅烷醇基團發生縮合反應，干燥后,膠體粒子以化學鍵（Si-O-Si）相結合，形成穩定的空間網絡結構，將Al2O3顆粒牢固的結合在一起，同時硅溶膠覆蓋在固體表面形成穩固的硅溶膠薄膜，因此試樣的烘后的抗折耐壓強度較高，可以媲美低水泥澆注料。但其抗折和耐壓強度卻隨熱處理溫度的升高而增加，這對水泥結合澆注料的中溫強度下降是一個很大的改善。

　　同時從上述變化中還可以看出：溶膠結合的澆注料經1100℃ 與1400℃熱處理后的理化指標差別不大，可知此澆注料經1100℃熱處理后已形成較好的燒結，這是由于硅溶膠中納米SiO2的反應活性極高, 并且膠體粒子吸附在活性α-Al2O3顆粒表面，同時填充于α-Al2O3顆粒間隙，當二者之間充分接觸時，降低了莫來石化溫度，材料便能很好地燒結。因此當加熱爐在1200℃~1300℃烘爐后，溶膠結合的澆注料已形成燒結，此材料的抗沖刷性及抗侵蝕性就能得到很大的提高。同時由于材料中鈣、鈉含量少，因此可形成的低熔點物質少，在高溫時形成的液相少，材料的荷重軟化溫度也能得到提高，試驗證實其超過1650℃（由于試驗室做荷軟試驗爐最高溫度為1650℃）。

　　試樣的抗熱震性分析。試樣經過100次熱震循環后基本沒有出現裂紋，對熱震后的樣塊進行了110℃環境下24小時烘干，其耐壓強度為104MPa，耐壓保持率高達近90%（熱震100后的耐壓強度與熱震前耐壓強度的比值×100%）。這主要是由于溶膠中納米SiO2的引入在澆注料基質中產生莫來石化反應，提高了此澆注料的熱震穩定性。而普通的水泥澆注料試樣經過49次熱震循環后基本完全開裂，在顯微鏡下觀察，其組織結構是由彼此分離的、大小相近的塊狀物組成，這是由于普通的水泥澆注料在1100℃時基質基本沒有形成燒結，同時由于干燥時大量游離水的排出，使材料的氣孔率增大，這樣其導熱率就會下降，抗熱震性較差。

　　快干澆注料的生產與應用。按所定配比組織生產的溶膠結合剛玉-莫來石澆注料已分別在某鋼企燒結廠的高爐風口處和該廠燒結廠點火爐的爐頂、側墻處得到應用。風口處的澆注料在半天后脫模，由于時間緊，在1300℃下只烘烤8小時便投入了生產。而燒結廠點火爐上的澆注料在爐頂的厚度達到了400毫米，而側墻的厚度也在330毫米左右，同樣在澆注成型12小時后立即拆模烘爐，烘烤24小時便投入正常生產。至此，在工業生產中的應用中真正地實現了材料半天拆模，1天烘爐。而普通澆注料養護及烘爐時間要9天~10天以上。因此，與原加熱爐爐襯澆注料相比，烘爐時間縮短了。這樣既延長了爐體的服役時間，提高了設備的利用率，又節約了烘爐的燃料，同時在烘爐時也不會排出有害氣體，符合目前國家對新材料開發應建立在節能、減排及增效的要求。