對加有SiO2、Al2O3微粉的高鋁質低水泥自流澆注料中所涉及的化學過程。研究了SiO2、Al2O3微粉、高鋁水泥含量、加水量對低水泥耐火澆注料物理性能的影響。分析了分散劑、促凝劑、延遲硬化劑在低水泥自流耐火澆注料中的作用。
1 低水泥自流耐火澆注料的硬化機理
自流澆注料與振動澆注料在基本組份方面沒有大的差別，自流澆注料之所以能夠不需外力而流動，是因為通過加入反絮凝劑(懸浮劑)使其內部帶不同電荷的微粉顆粒之間產生排斥力，而產生流動。因此，其硬化機理與低水泥澆注料的硬化機理一致，仍由水合結合和凝聚結合共同起作用。
2 提高澆注料流動性的方法
2.1 減少顆粒間的接觸
增加基質份量可以降低顆粒間的接觸，但與此同時，需水量增加。另外，通過膠體粒子表面吸附電荷增加電位的方法也能達到降低顆粒間的接觸。如增加SiO2微粉的量，即可在系統中引入更多的電荷，從而增加帶負電粒子之間的排斥力，以達到良好的流動性。
2.2 顆粒的形狀
如果澆注料中的細粉和骨料顆粒呈球狀。則澆注料的流動性變好。
SiO2微粉呈球狀，是因為其獲得的途徑為：
FeSi+O2-SiO+Fe2O3
SiO遇到水和空氣，則變為Si(OH)4，Si(OH)4+Si(OH)4之間反應生成球狀SiO2微粉。由于Si02微粉界面有一OH基存在，所以活性很高。
2.3 骨料的吸水性
骨料的吸水性小，則混料用水量足以保證形成溶膠并使顆粒之間自由流動。如電熔和板狀Al2O3吸水少。
2.4 合適的分散劑
在加入SiO2微粉的體系中，Si02膠體呈電負性，與Al 3+ 、Ca2+等離子反應而發生凝聚，降低澆注料的流動性。
加入堿金屬磷酸鹽作分散劑、則Al3+、Ca2+離子被帶負電的磷酸根離子所包裹而呈多價負電荷;而Si02形成的SiO32-離子被Na+離子包圍呈疏松狀態。此時磷酸根離子(包裹了Ca2+、Al3+)與SiO32-的斥力起作用而使流動性增加。
2.5 使用少量高鋁水泥和添加延遲硬化劑
無水泥澆注料在110℃時強度不足，加入少量水泥是為了保持澆注料在室溫到110℃時澆注料本體的強度。
3實驗部分
3.1原料
原料的化學成分如表1。
表1 原料的化學成分、%
3.2 粒度構成
低水泥自流澆注料的顆粒組成為：粗顆粒(大于1.0mm)35%〜50%，細顆粒(1.0〜0.045mm)16%〜37%，超細顆粒(小于0.045mm)23%~41%時澆注料的流動性最隹。本實驗中取粗：細：超細=45 :25 : 30。
3.3自流澆注料的構成
自流澆注料由電熔剛玉、燒結Al2O3和分散劑等構成，其中SiO2超微粉、Al2O3微粉和高鋁水泥的變化情況如表2所示。
表2 微粉和高鋁水泥的變化情況
3.4 實驗方法
將稱好的原料預干混1〜2min，然后加水混〜5min，制成40mmX40mmX160mm的試樣，測定體積密度、耐壓強度和抗折強度。
低水泥自流澆注料中水量的確定依下面的方法：將一升混合料加到如圖1所示的裝置中，將擋板提高5Omm，如果30s后混合料能夠達到對面的豎板，則此時的用水量合適。
圖1 自流澆注料流動性試驗裝置
3.5 結果與討論
自流澆注料的典型性能見表3。
表3 自流澆注料的典型性能
依自流澆注料的實驗方法可以看到配方A、B、C、D的流動特性在30〜60s范圍內。A中由于沒有加入水泥而使其強度偏低中加水量至8.5%時，自流的時間仍偏長，比較B、C則看出C的流動特性較好，且耐壓強度也較高。因此可以認為，水泥的加入量在2%左右，可以使澆注料在較低的加水量(7.5%)時，處于自流狀態。當然分散劑的配合使用也是必不可少的。
從C、F、G、H中可以看出，改變SiO2微粉的用量，對澆注料的流動性有較大的影響，且隨SiO2微粉量的增加，澆注料的流動性變好，1400℃抗折強度受SiO2影響并不大，但體枳密度稍有下降。
實驗中對β-萘磺胺甲醛縮合物，木質素磺酸鹽，磺化三聚氰胺甲醛縮合物的分散效果進行了實驗，其中以β-萘磺酸甲醛縮合物的分散效果較好，其添加量為0.2%〜0.5%。
4結論
(1)低水泥自流澆注料中的高鋁水泥以2%的加入暈為合適。加入量低，自流澆注料110℃時的強度偏低;而加入量高時，達到自流狀態所需的水量增加，伴隨體積密度及其它性能下降。
(2)自流澆注料的流動性隨SiO2微粉用量的增加而顯著提高。
(3)分散劑以β-萘磺酸甲醛縮合物的分散效果最好。