硅酸盐水泥结合耐火浇注料的研究.doc

摘要 试验研究了硅酸盐水泥替代矾土水泥制造低水泥耐火浇注料的可能性，结果表明在低水泥掺量的现代低水泥耐火浇注料体系中，硅酸盐水泥完全可以替代矾土水泥配制性能良好的低水泥耐火浇注料。研究还发现硅酸盐水泥耐火度与矾土水泥耐火度实为同一水平，低水泥耐火浇注料中硅酸盐水泥替代矾土水泥不会造成浇注料耐火度的恶化。关键词 硅酸盐水泥，矾土水泥，低水泥浇注料Abstract Experiment studied the possibility of substituting Portland cement for alumina cement to make low cement castable refactory. The results indicated that Portland cement may definitely substitute the alumina cement to make low cement castable with good performance, within the scope of low cement content of the modern low cement castable system. It is also revealed that the refractoriness of Portland cement and alumina cement are actually at the identical level, and refractoriness of castable with low cement content of Portland cement, substitution of alumina cement, will not cause worsening of refractoriness. Key Word Portland cement, Alumina cement, Low cement castable1前言一般认为：铝酸钙水泥（矾土水泥与纯铝酸钙水泥）的耐火度比硅酸盐水泥耐火度更高；铝酸钙水泥熟料中CaO含量较低，高温时产生较少的低熔物，对浇注料的高温性能不会产生很大的影响，认为硅酸盐水泥中CaO含量高达70左右，可能造成耐火材料耐火度的下降和高温性能的降低；铝酸钙水泥水化时不产生CaO含量，不会产生因Ca(OH)2在500时脱水分解而产生的结构破坏，而硅酸盐水泥水化则会产生大量的Ca(OH)2）。由于上述原因，自从有了耐火水泥以后，凡是水泥结合的耐火浇注料，结合水泥用的都是铝酸盐水泥，硅酸盐水泥在耐火行业中几乎淡出了人们的视线。随着技术的发展， 耐火浇注料开始大量使用超微粉技术。超微粉技术主要指硅微粉与氧化铝微粉的应用，硅微粉为硅铁合金生产过程中挥发排出的SiO2微粉，其粒度峰值大约为1微米。氧化铝微粉一般为氢氧化铝经过轻烧分解并进一步超细粉磨生产制成，其粒度峰值大约为5微米以细。以水泥为结合剂的传统耐火浇注料中，水泥用量一般为10%30%。超微粉的应用却大幅度降低了耐火浇注料中水泥的用量，特别是近年来超微粉技术与高效减水剂的配合使用，开发出了低水泥、超低水泥（用量）结合浇注料，其水泥用量减少到0.5-8%。这不仅提高了材料的最高使用温度范围，还解决了高水泥用量浇注料在中温强度降低的问题。浇注料中水泥用量的大幅度降低，实际是因为水泥在浇注料中的作用发生了变化。高水泥体系中，水泥是提供浇注料强度的最主要因素，浇注料的低、中温强度甚至高温强度都主要由耐火水泥的结合强度来提供。而在低水泥与超低水泥体系中，水泥的作用变为重点保证短时间内的常温固化，浇注料的强度性能主要由各种微粉与外加剂协同作用提供，比如水泥含量68的低水泥浇注料烘干强度可达100MPa以上(见后文)，这样的高强度显然不仅是水泥的胶结强度贡献。由水泥在低水泥与超低水泥耐火浇注料中角色的变化推论，硅酸盐水泥作为低水泥或超低水泥耐火浇注料的结合剂时，由于水泥用量的大幅度降低，前面所提到的硅酸盐水泥在浇注料中的不利因素的影响也就相应降低，从而设想，如果应用适当的措施，如配伍各种新型浇注料所用的超微粉和高效减水剂，也有可能用硅酸盐水泥替代铝酸盐水泥，从而研发出性能良好但成本相对较低的硅酸盐水泥结合浇注料，毕竟硅酸盐水泥的市场价格远远低于铝酸盐水泥，且资源广泛。2试验研究2.1研究方案研究方案包括以下内容：通过研究硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的耐火度以及采用不同水泥的耐火浇注料的耐火度的差异，验证不同结合剂体系的实际耐火度表现；研究有无微粉条件下不同水泥结合的浇注料的理化性能。单独研究硅酸盐水泥结合体系中水泥与微粉的用量对浇注料性能的影响规律。2.2试验原料试验所用水泥与相关原料化学指标见表1和表2。3结果与分析3.1耐火度研究3.1.1不同水泥的耐火度水泥的耐火度用标准锥方法测试，几种水泥的耐火度检测结果结见表3。可以看出，除纯铝酸钙水泥耐火度明显高于硅酸盐水泥耐火度之外，矾土水泥的耐火度甚至低于硅酸盐水泥的耐火度。这显然颠覆了已经形成的“传统”观念“耐火水泥比硅酸盐水泥更耐高温”！也为硅酸盐水泥可能代替矾土水泥制作耐火浇注料提供了基本的技术依据。3.1.2水泥品种对浇注料耐火度的影响水泥品种对浇注料耐火度影响见表4。数据表明，在水泥加量为5的情况下，分别采用矾土水泥CA625与硅酸盐PO42.5水泥配制的耐火浇注料的耐火度没有明显的差异！但当水泥用量达到15时，硅酸盐水泥结合体系的耐火度明显低于矾土水泥结合体系。因此可以认为，在低水泥耐火浇注料中，硅酸盐水泥替代矾土水泥不会造成浇注料耐火度的降低！但在传统的高水泥含量浇注料中，硅酸盐水泥显然会严重降低浇注料的耐火性能。3.2不同结合体系耐火浇注料的物理性能 无微粉体系和有微粉体系浇注料的强度、线变化等理化性能如表5所示。试验中通过调整外加剂用量调节用水量，保证在不同水泥品种的同一结合体系的浇注料用水量相同。前提是流动性都良好。3.2.1无微粉体系从表5可以看出：在传统无微粉高水泥（水泥加量15%）结合浇注料体系中，硅酸盐水泥结合浇注料养护24h的强度显著低于矾土水泥结合浇注料；但养护时间达到48h，其强度却可反超矾土水泥结合浇注料。这说明硅酸盐水泥结合体系的浇注体室温强度发展速度略慢于矾土水泥结合体系，但同样水泥加量时硅酸盐水泥结合体系的浇注体可在短期内超过矾土水泥结合体系。考虑到矾土水泥后期强度可能下降的风险，硅酸盐水泥耐火浇注料的室温养护强度安全更容易得到保障。试验结果显示，硅酸盐水泥结合浇注料1400烧后已严重烧熔，但矾土水泥结合体系则保持良好的形态，只是线收缩达到-1.64%。这表明，在传统无微粉高水泥（水泥加量15%）结合浇注料体系中，硅酸盐水泥结合体系的浇注料耐温性能确实不如矾土水泥结合体系。各温度烧后强度数据显示，在传统的高水泥体系中，硅酸盐水泥耐火浇注料的强度在600以上随温度升高而明显降低，但在800以下，其强度却高于铝酸盐水泥的结合强度。以上说明，就传统无微粉高水泥掺量耐火浇注料而言，矾土水泥确实比硅酸盐水泥更为合适作为浇注料的结合剂，硅酸盐水泥的确不适合作为结合剂。3.2.2有微粉体系室温养护强度数据表明，在有微粉低水泥（水泥加量5%）耐火浇注料体系中，硅酸盐水泥结合体系的浇注体仍略慢于矾土水泥结合体系，但短期内就会超过矾土水泥结合体系。这一点与无微粉体系类似。其他试验数据表明：在有微粉低水泥（水泥加量5%）耐火浇注料体系中，水泥加量同为5时，硅酸盐水泥结合浇注料烘干强度与1000以下各温度烧后强度都远高于矾土水泥结合体系。就中温强度降低来说，两种水泥结合体系都表现为800的烧后强度下降。尽管硅酸盐水泥结合体系强度下降比例大于矾土水泥结合体系，但硅酸盐水泥结合体系强度绝对值还是远高于矾土水泥结合体系，高达90MPa以上。硅酸盐水泥结合浇注料的1400的烧后强度略低于矾土水泥结合浇注料，这可能与硅酸盐水泥浇注料1400烧后膨胀（线膨胀率为0.4）有关。但0.4的膨胀率对于使用来说是安全的。所有以上结果表明，通过现代超微粉、外加剂等新技术的应用，采用硅酸盐水泥做为结合体系完全可配制出性能良好低水泥浇注料。3.3硅灰用量对硅酸盐水泥结合低水泥浇注料性能的影响硅灰掺量对硅酸盐水泥结合低水泥浇注料的强度与线变化影响如表6所示。可以看出：水泥掺量同为8，当硅灰掺量从0增加到5,首先是浇注料的需水量明显减少，同时带来浇注料强度的明显上升。不含硅灰的S0样块1400烧后线膨胀高达2.73%,属变形严重。但随着硅灰量的增大，浇注料1400的烧后线膨胀呈减小趋势。这说明硅灰的加入有利于浇注料高温烧后的体积稳定性。4.结论研究结果显示：1）硅酸盐水泥可能替代矾土水泥配制性能良好的低水泥耐火浇注料！ 2）硅酸水泥耐火度与矾土水泥耐火度为同一水平，传统概念中认为耐火水泥耐火度比硅酸盐水泥耐火度高可能是个误会。3）硅酸盐水泥浇注料室温养护强度虽较矾土水泥浇注料发展较慢，但在短期内（48h）即可超越矾土水泥浇注料的强度，此种性能可能有利于保证浇注体强度的稳定，避免矾土水泥浇注体室温养护强度随时间可能倒缩的危险；4）在水泥掺量较低的低