蓄熱式加熱爐的爐墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度波動較大，要求內(nèi)襯用耐火材料具有以下特性：抗高溫氣流和火焰的沖刷及侵蝕能力；高溫體積穩(wěn)定性和抗熱震性好；施工性能優(yōu)良并能保證爐墻各部位施工體質(zhì)量的均勻性。結(jié)合蓄熱式加熱爐的使用要求，在以往自流澆注料研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了莫來石質(zhì)自流澆注料的研制。
1 研制
1.1 原料選擇
以莫來石礦物為主晶相的耐火材料具有極好的抗熱震性能，且高溫強(qiáng)度大，抗沖刷、耐磨損，體積穩(wěn)定性好。因此選擇莫來石為主要原料，同時(shí)選擇優(yōu)質(zhì)高鋁料、剛玉細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、超微粉及膨脹劑等為原料。原料化學(xué)成分見表1。
1.2配方設(shè)計(jì)
對莫來石-剛玉系燒結(jié)材料的高溫力學(xué)性能研究表明：莫來石與剛玉按一定的比例配合時(shí)，材料的高溫力學(xué)性能優(yōu)于純莫來石或純剛玉材料。為了獲得優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和抗熱震性能，骨料采用了莫來石和精選高鋁料的復(fù)合材質(zhì)。基質(zhì)部分以莫來石相力主，剛玉相為輔。按自流料特性要求，骨料和細(xì)粉分別進(jìn)行多級混配。
表1 原料化學(xué)成分/%
2 結(jié)果與討論
2.1 顆粒組成對澆注料自流性能的影響
合理的顆粒級配對增加自流料的流動值十分重要，通過大量試驗(yàn)，顆粒組成為大顆粒（>1mm）40%~55%，中顆粒（1-0.074mm）14%-25%，細(xì)粉（<0.074mm）22%〜39%時(shí)流動值較好，其中有—最佳值。采用多級配料，最大臨界顆粒尺寸為8mm。在固定中顆粒加入量的前提下，粗顆粒與細(xì)粉加人量的比值Z對澆注料流動值的影響見圖1。
圖1 z值對澆注料流動值的影響
由圖可知，當(dāng)粗細(xì)顆粒比在1.8附近時(shí)，流動值出現(xiàn)最大值當(dāng)Z>1.8時(shí)，澆注料含骨料較多，顆粒彼此接觸形成骨架，基質(zhì)要帶動骨料顆料發(fā)生流動，就必須克服較大阻力，因此流動值較小；當(dāng)1.8時(shí)，細(xì)粉過多，加水后泥料表現(xiàn)出粘性過大，影響自流澆注料的流動性。
2.2 超微粉加入量對澆注料性能的影響
硅徽粉和活性α-A1203微粉的加入量對莫來石質(zhì)自流澆注料的影響見表2。從表2可知，a-Al2O3微粉加入量過大時(shí)泥料表現(xiàn)出粘性過大，自流性差；隨著SWj微粉加入量的增加，流動值逐漸增大，但燒后線變化率較大。當(dāng)α-Al203微粉加入2N%〜3N%，SiO/微粉加入4M%~5M%時(shí)，有較理想的流動值和理性能。
表2 微粉加入量對試樣性能的影響
2.3 水泥加入量對澆注料性能的影晌
水泥加入量對莫來石質(zhì)自流澆注料性能的影響見表3,。由表3可知，加入適量的水泥有助于初始強(qiáng)度的提高。當(dāng)水泥加入量過少時(shí)，不能滿足自流澆注料的初始強(qiáng)度，而加入水泥量過大時(shí)自流澆注料的流動性降低，同時(shí)燒后線收縮大，材料在使用過程中易造成開裂、剝落，降低使闈壽命。
表3 水泥加入量對澆注料性能的影響
2.4 外加劑對澆注料性能的影響
在自流澆注料中，外加劑的應(yīng)用十分重要。本次研究選用多種外加劑進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，采用單一外加劑時(shí)，澆注料流動值較小，無法滿足施工要求。選用兩種以上外加劑復(fù)合使用，流動值增大，強(qiáng)度增高，線變化率較小，材料性能得到較大改善。這主要是復(fù)合外加劑具有解膠、分散、潤濕、排氣等功能，可顯著地改變物料表面性能，達(dá)到減水增強(qiáng)之效果。
表4 外加劑對澆注料性能的影響
2.5 膨脹劑對澆注斜性能的影響
為使自流澆注料具有良好的自流、脫氣和密實(shí)性能，與傳統(tǒng)的澆注料相比，自流澆注料含骨料較少，基質(zhì)較多，施工加水量也偏高，這往往導(dǎo)致燒后收縮較大，耐壓強(qiáng)度下降。為了對燒后線收縮進(jìn)行調(diào)整，以及獲得適宜的常溫和高溫強(qiáng)度，試驗(yàn)研究了不同膨脹劑及加入量對材料性能的影響。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不添加膨脹劑時(shí)，試樣燒后收縮達(dá)0.5% ~0.8%，當(dāng)分別加入膨脹劑a和b時(shí)，依加入量不同，燒后線變化率在-0.25% ~ +0.6%之間可任意調(diào)整。為保證基質(zhì)組分構(gòu)成的合理性，膨脹劑a與b以復(fù)合形式加入最好，加 人量為宜。該類膨脹劑在1200〜1500℃不同的溫度區(qū)間內(nèi)，自身發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)并與基質(zhì)中其他組分發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng)形成高熔點(diǎn)礦物和針柱狀莫來石晶體，伴有體積膨脹效應(yīng)。這種體積膨脹彌補(bǔ)了基質(zhì)的燒結(jié)收縮，增強(qiáng)了材料的體積穩(wěn)定性。同時(shí)，所生成的針柱狀莫來石晶體在基質(zhì)中形成牢固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能增加材料的強(qiáng)度，改善材料的抗熱震性能。
3使用
該莫來石質(zhì)自流耐火澆注料于某廠新建的蓄熱式加熱爐上使用，澆注部位是蓄熱室上部爐墻、壓火梁和端墻下部。施工時(shí)物料在強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)先干混1min，加水后攪拌4~5 tain即可出料，泥料呈現(xiàn)一種粘塑性流體狀，倒入施工部位后，不需振動即能自行流動、脫氣和攤平。施工時(shí)無振動噪音，施工速度較振動澆注料提高了1〜2倍，大大減輕了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。澆注施工體自然養(yǎng)護(hù)24~48h脫模。脫模后，自流料澆注的爐墻表面光滑，無大氣孔、裂紋、孔洞和疏松現(xiàn)象，噴火孔中間隔體致密均勻，材料表面強(qiáng)度大。
該加熱爐至今已運(yùn)行8個(gè)多月。爐子控制溫度1280~1350℃，加熱150mmx150mm的鑄坯，平均加熱鋼坯量每小時(shí)為62 t，最大產(chǎn)量每小時(shí)達(dá)71t。目前該爐墻表面完好，無開裂剝落現(xiàn)象，噴火孔整體性完好。從近8個(gè)月的使用來看，莫來石質(zhì)自流澆注料抗熱震性好，體積穩(wěn)定性好，強(qiáng)度大，耐高溫氣流、火焰的沖刷，達(dá)到了蓄熱-換熱式加熱爐的使用要求。
4 結(jié)論
（1）物料的粒組成和微粉、水泥、外加劑、膨脹劑的加入量對澆注料的流動值等性能有較大影響，是保證莫來石質(zhì)自流澆注料性能的關(guān)鍵。
（2）研制的莫來石質(zhì)自流澆注料具有強(qiáng)度高、抗熱震性優(yōu)良、線變化小、體積穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
（3）所研制的莫來石質(zhì)自流澆注料施工性能好，能自流、脫氣和密實(shí)，確保施工體質(zhì)量均勻，且施工勞動強(qiáng)度低，效率高。