在耐火材料的生產(chǎn)中，所有的耐火制品都是由不同尺寸的原料按一定的配比，混煉，然后成型，大多數(shù)情況下，生產(chǎn)出來的制品要盡可能的致密，所以原料的顆粒級配是一個至關(guān)重要的問題。因為不同的顆粒級配產(chǎn)生的堆積密度是不同的，成型制品的氣孔率、體積密度、強度研究不相同，成型制品的氣孔率、體積密度、強度也就不相同，這就直接影響到制品的性能。對于耐火澆注料制品的生產(chǎn)來說，首先要求是澆注料有足夠的流動性，而澆注料的流動性取決于兩個方面，一方面是澆注料所用原料的顆粒級配，另一方面是原料加水混合后所形成的懸浮液的流變性能。從理論上來說，耐火澆注料的堆積密度達到理論堆積密度是比較理想的，當實際上由于水的加入使得這種情況不可能出現(xiàn)。
幾十年來，國內(nèi)外學者對顆粒的尺寸分布，堆積密度，氣孔率進行了大量的研究，提出了很多理論，但是，至今為止沒有從理論上完全解決問題。在耐火澆注料的研究方面，關(guān)于顆粒尺寸分布對耐火澆注料性能的影響還沒有見到理論上的報道，生產(chǎn)中的顆粒級配主要是使用從實驗中得出的經(jīng)驗配比。本實驗主要以Andreasen方程為理論依據(jù)來研究顆粒尺寸分布對耐火澆注料性能的影響。
實驗材料及方法
實驗原料
實驗中所用原料為：板狀氧化鋁、硅微粉、高鋁水泥。這里通過硅微粉加入量的變化來反應顆粒尺寸分布的變化。澆注料的配料如表1所示。
表1 澆注料的顆粒級配
配料中CT9FG(活性氧化鋁)及硅微粉的顆粒尺寸分布為正態(tài)分布，D50值分別為5.0um、0.2um。
試驗方法
Andreasen方程如公式(1)所示。
Cp=(d/d1)q100 (1)
將公式(1)兩邊取對數(shù)得：
lgCp=qlg(d/d1)+2 (2)
式中的d1是配料中的臨界顆粒尺寸，在生產(chǎn)中一般臨界顆粒使預先確定的，只是確定了q值，Cp是隨著d值的變化而變化的，如果確定了q值，那么可以通過調(diào)節(jié)配料的顆粒分布來達到理想的堆積。在實驗中把q值定為0.27。
在實驗中，將上述原料的顆粒尺寸分布值輸入計算機建立材料顆粒尺寸分布數(shù)據(jù)庫，通過調(diào)整不同尺寸顆粒的加入量來相應地調(diào)整顆粒的分布曲線。耐火澆注料流動值的測量采用GB2419—81水泥膠沙流動度測試儀。
結(jié)果與討論
顆粒分布尺寸與澆注料流動性的關(guān)系
按表1中的原料配比配料，得到相對應的顆粒尺寸分布曲線如圖1至6所示。
圖1 1#試樣的顆粒尺寸分布曲線
圖2 2#試樣的顆粒尺寸分布曲線
圖3 3#試樣的顆粒尺寸分布曲線
圖4 4#試樣的顆粒尺寸分布曲線
圖5 5#試樣的顆粒分布曲線
圖6 6#試樣的顆粒分布曲線
從這幾個圖可以看出，因為硅微粉的顆粒尺寸為10um以下，而別的顆粒尺寸都大于10um，所以這時顆粒尺寸分布曲線的變化主要是隨著硅微粉加入量變化而變化，隨著硅微粉含量的增加，顆粒尺寸的分布曲線逐漸與理想的顆粒分布曲線吻合，當硅微粉的含量達到8%時，實際顆粒尺寸分布曲線的q值低于理想狀態(tài)的q值，也就是微粉的含量過多了。
圖7顯示了硅微粉加入量和耐火澆注料的流動性的關(guān)系。從圖中可以看出，當澆注料中硅微粉加入量加入量從0變化到2%時，澆注料的流動性變化非常大，當硅微粉的加入量為6%時，耐火澆注料的流動值達到最大，繼續(xù)增加硅微粉澆注料流動性又有所下降。從這里可以看出隨著微細粉顆粒含量的增加，即細顆粒部分達到連續(xù)尺寸分布時，澆注料的流動性也達到最佳值。細顆粒的尺寸分布的微小變化會極大地改變澆注料的流動性能。可以看出隨著細料加入量的增加，在保持相同流動值的情況下，澆注料的加水量逐漸減小，說明微細顆粒含量的增加不但提高了澆注料的流動性，同時替代了一部分水，起到了減水劑和分散劑的作用。
圖7 硅微粉加入量與澆注料流動性(a)及加水量(b)的關(guān)系
顆粒分布尺寸對耐火澆注料常溫性能的影響
將上面幾個配比的澆注料經(jīng)過澆注、振動成型、養(yǎng)生、干燥、然后測量試樣的常溫物理性能。硅微粉含量的變化與試樣常溫性能的關(guān)系如圖8所示。
圖8 硅微粉加入量與澆注料氣孔率(a)及體積密度(b)的關(guān)系
從圖8中可以看出，隨著細顆粒含量的增加，試樣的氣孔率降低，而體積密度增加。當試樣的顆粒尺寸分布為連續(xù)狀態(tài)時，即與理想的堆積曲線接近時，材料達到了致密堆積，同時材料的常溫物理性能也達到最佳值。
結(jié)論
(1)顆粒尺寸分布的不同會影響澆注料的流動性，合理的顆粒尺寸分布能改善澆注料的流動性，同時降低澆注料的加加水量。
(2)顆粒尺寸分布的不同還對耐火澆注料的常溫物理性能有很大的影響;只有采用合理的顆粒級配才能生產(chǎn)出性能優(yōu)良的耐火澆注料。
(3)證明了采用顆粒尺寸分布模型設(shè)計耐火澆注料的顆粒級配是非常有效的方法，同時證明了Andreasen數(shù)學模型非常直觀，而且簡單實用。