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耐堿澆注料主要是用在窯爐內襯有堿侵蝕的部位，如水泥窯頂分解系統的預熱器、管道系統及干法窯頂熱分解帶。水泥窯系統用耐堿澆注料在使用過程中，由于有害成分 R2O、SO3 、Cr 的蒸發和凝聚，反復循環導致堿的富集對澆注料產生強烈的侵蝕作用，最終導致 “堿裂”而損毀。對于廣泛使用的普通粘土質耐火材料，有害物質會在耐火材料表面形成(K,Na) 2 SO 4 、KCl、NaCl、CaSO 4 、2C 2 S·CaSO 4 及復鹽(Na,K) 2 SO 4 ·CaSO 4 等結皮礦物，而當有害成分中硫含量較低時，堿類物質成為引起耐火材料侵蝕的主要因素。首先，堿類物質可以呈蒸氣相或液相侵入耐火材料內襯氣孔，生成低熔點的長石族礦物，新礦物相的產生所伴隨的體積膨脹往往導致耐火材料組織結構發生分層或疏松 。其次，由于窯爐內襯徑向存在溫度梯度以及雜質相的濃度梯度，導致材料熱膨脹系數及導熱率等性能差異，致使其抗熱震性顯著惡化。 Al2O3 -SiC耐堿澆注料在一定程度上可以改善耐火材料內襯的耐侵蝕性能。眾所周知，SiC具有良好的耐堿侵蝕性，Al2O3 -SiC陶瓷還具備一定的自愈合性能。然而關于Al2O3 -SiC澆注料的耐堿侵蝕性能的研究國內外相關報道相對較少。因此本實驗以焦寶石骨料、礬土骨料、碳化硅粉料、莫來石粉料、氧化鋁微粉和二氧化硅微粉為主要原料，利用澆注料制備工藝制備Al2O3 -SiC質澆注料，重點研究Al2O3 -SiC澆注料的耐堿機理及礬土骨料加入量對澆注料性能的影響。 焦寶石骨料和礬土骨料為山西陽泉地區均化高鋁礬土（粒度為 7~0 mm）。粉料包括碳化硅粉料（<0.074mm）、莫來石粉料（<0.074 mm）、氧化鋁微粉（<0.044mm）和二氧化硅微粉（<5μm），結合劑為市售鋁酸鈣水泥。耐堿侵蝕實驗用碳酸鉀為分析純藥劑。成型試樣為一種是用于耐堿性實驗的外形為 Φ70 mm×70 mm 中心上方預制一個 Φ25 mm×30 mm 孔洞的坩堝狀試樣。試樣室溫養護 48 h 后，在 110 ℃條件下干燥 24 h。干燥后部分試樣在 1100 ℃條件下，保溫 3 h 燒成。通過將 20 g 碳酸鉀置于燒后澆注料坩堝試樣中，并在高溫箱式電爐內加熱至 1100 ℃保溫 2 h 進行耐堿性實驗。
根據不定形耐火材料檢測標準，對110℃干燥后和 1100℃燒后澆注料試樣分析耐堿性侵蝕試樣的礦物相組成。利用 X 射線熒光光譜分析方法分析燒后試樣和耐堿性侵蝕試樣的組成。 Al2O3 -SiC澆注料1100℃燒后和抗堿性侵蝕試樣礦物相組成可以看出，Al2O3 -SiC澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長石。礦物組成中未發現SiC相，說明原料中SiC在1000℃以上的高溫條件下表面氧化形成一層SiO2 薄膜，限制內部SiC相氧化。而礦物組成中鱗石英主要源于焦寶石和SiC氧化后產物，莫來石和剛玉主要源于原料中莫來石、焦寶石和氧化鋁粉，而鈣長石的產生恰恰說明了高溫條件下鋁酸鈣水泥與澆注料組成中二氧化硅的相互作用。礦物組成中低熔物鈣長石的形成也說明鋁酸鈣水泥對Al2O3-SiC澆注料的促燒結作用。然而隨著礬土骨料加入量增大到30%，澆注料燒后試樣中莫來石相衍射峰強度逐漸增強，鱗石英相衍射峰強度逐漸降低。可以發現澆注料燒后試樣組成中Al2O3 含量隨著系統中礬土加入量的增大而增大，礬土中引入的Al 2 O 3 與系統中過量的SiO2 發生固相反應燒結生成二次莫來石，造成系統中莫來石相衍射峰強度的增大。通過對Al2O3 -SiC澆注料抗碳酸鉀堿侵蝕的研究，發現礦物相組成中除包含鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長 石之外,形成了低熔點礦物鉀長石(K2O·Al2O3 ·6SiO2 )，鉀長石屬于長石型鋁硅酸鹽礦物 隨著澆注料系統中礬土骨料加入量的增大，說明澆注料基質中部分Al2O3和SiO2 被碳酸鉀分解形成的K2O所消耗，形成了鉀長石。說明有大量的K2O進入到Al2O3 -SiC澆注料系統。然而從K2O對澆注料侵入量也可以發現，礬土加入量增大有利于Al2O3 -SiC澆注料抵抗堿侵蝕 。 結 論 1 Al2O3 -SiC 澆注料燒后試樣礦物組成為鱗石英、莫來石、剛玉和鈣長石，隨著礬土骨料加入量增大，系統中莫來石化程度增大，莫來石化所產生的體積膨脹可以部分抵消澆注料燒結過程中的體積收縮。 2 澆注料耐堿侵蝕后試樣中鱗石英和莫來石相特征峰減弱，澆注料中部分 Al2O3 和 SiO2 被 K 2 O 所消耗，形成了低熔點相鉀長石，隨著系統中礬土骨料加入量增大，Al2O3 -SiC 澆注料耐堿侵蝕性增強。 |
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