由于水泥回轉(zhuǎn)窯(特別大型干法回轉(zhuǎn)窯)窯口段的耐火內(nèi)襯不僅要承受水泥熟料的強(qiáng)烈沖刷和磨損，且隨回轉(zhuǎn)窯每轉(zhuǎn)一周就要經(jīng)受一次(加熱——冷卻)溫度變化。所以要求窯口段耐火內(nèi)襯具有良好的耐磨性及熱震穩(wěn)定性。目前，采用的電熔白剛玉基耐火燒注料，價格昂貴，且中溫強(qiáng)度偏低，直接影響使用效果。本試驗采用耐磨性較好、價格低廉的特級高鋁礬土熟料為基本原料，制成低成本耐火澆注料，并改善澆注料的中溫強(qiáng)度性能。另外，為了增加耐磨性和熱震穩(wěn)定性，在基料中還加入不同比例的Sic粉制成高鋁質(zhì)耐磨澆注料。
1.1 試驗原料及其性能
試驗用原料主要為山西陽泉特級高鋁礬土熟料和連云港SiC粉，并添加6%的開封純鋁酸鈣水泥結(jié)合劑，3%a-Al203微粉，1.5%的硅微粉和3%的軟質(zhì)粘土。其中主要原料的理化指標(biāo)見表1。
表1 主要原料的理化指標(biāo)
1.2 試樣制備
試樣級配控制見表2。試驗中，外加少量的減水劑和金屬鋁粉，加7%的水?dāng)嚢杌旌虾笤?60mm×40mm×40mm的模具中振動成型，養(yǎng)護(hù)24h后脫模，置于110℃×24h烘干。然后一部分試品分別于110℃×2h和1500℃×2h熱處理。熱震試驗采用的試樣是將澆注料振動成型成230mm×114mm×65mm的直形磚，烘干后經(jīng)過1500℃×2h熱處理。
表2 試樣級配控制
1.3 性能測試方法
(1)顯氣孔率、耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的測試。分別按照國標(biāo)GB/T 2997-1982、GB/T 5072-1985、GB/T 3001-1982進(jìn)行。
(2)耐磨性測試。使用噴沙法，其原理是利用高壓氣流攜帶1mm~1.5mm的SiC顆粒沖擊試樣表面，測量試樣沖擊前后的質(zhì)量M前，M后，然后計算磨損率θ=100x(M前-M后)/M前和耐磨性=l/θ。磨損率θ大，說明試樣耐磨性差。
(3)熱震穩(wěn)定性的測試。根據(jù)YB/T376.1-1995采用直形磚水急冷法，測定試樣受熱端面至破損一半的循環(huán)次數(shù)，由此判別其抗震性。
2 結(jié)果與討論
2.1 鋁酸鈣水泥對澆注料耐磨性的影響
高鋁質(zhì)耐磨澆注料中所用結(jié)合劑——鋁酸鈣水泥質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響其耐磨性。同一牌號的新舊水泥(新水泥指出廠不超過3個月，舊水泥指出廠超過1年以上)的初凝時間分別為65min和46rnin。用同一牌號的新舊水泥作為結(jié)合劑配制的澆注料，干燥后強(qiáng)度、耐磨性等指標(biāo)相差較大，其中，用新水泥作結(jié)合劑的澆注料流動性好、強(qiáng)度高、耐磨性也好。而用舊水泥作結(jié)合劑的澆注料，耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐磨性分別比前者下降52.6%、38.9%、45.7%，而且流動性差，凝結(jié)快。
2.2 減水劑對澆注料耐磨性的影響
在保證澆注料和易性的條件下，應(yīng)盡量減少用水量，以防止加水量過大而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度下降、耐磨性變差。同時，加水量過多時，鋁酸鈣水泥水化反應(yīng)雖能生成CAH10，但會發(fā)生以下晶型轉(zhuǎn)變過程：
CAH10→C2AH8 →C3AH6
A·aq—AH3
CAH10和C2AH8是介穩(wěn)相，屬六方晶系，其晶體呈片狀或針狀，互相交錯重疊結(jié)合，可形成較強(qiáng)的結(jié)晶合生體。但轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的C3AH6和AH3，將使水泥石內(nèi)游離水分及空隙體積大為增加，使晶體的結(jié)合變?nèi)酰蚨鴮?dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低、耐磨性變差。但水分過少會使水泥漿的流動性降低，也不易獲得結(jié)構(gòu)密實的水泥石。
因此為了降低用水量，提高澆注料的強(qiáng)度，在澆注料中加入占水泥用量1.0%~1.5%的減水劑，這樣在獲得同樣和易性條件下，可減水14.5%〜17.5%，從而使其耐磨性提高35%左右。
2.3 SiC對澆注料耐磨性和熱震性能的影響
SiC屬于共價鍵化合物，強(qiáng)度大，耐磨性好，導(dǎo)熱率高。在高鋁質(zhì)澆注料中引入SiC，得到的結(jié)果見圖1。
圖1 SiC對澆注料耐磨性能的影響
由圖1可見，隨著SiC加入量增加，經(jīng)110℃x24h和1500℃x2h處理后的澆注料，其強(qiáng)度和耐磨性都有提高。其中前者是因加入的細(xì)度為0.044um的SiC粉能填補(bǔ)基質(zhì)部分氣孔，從而使結(jié)構(gòu)更致密、強(qiáng)度提高，且SiC本身耐磨性較高，從而使?jié)沧⒘系哪湍バ蕴岣?而后者主要是試樣經(jīng)過1500℃x2h熱處理后，澆注料內(nèi)部得以燒結(jié)，所以耐磨性得以提高。但對經(jīng)1100℃x2h燒后的試樣，SiC加入量為5%時其耐壓強(qiáng)度和耐磨性存在一拐點，即摻量在5%之前強(qiáng)度和耐磨性隨SiC摻量的增加而提高，但當(dāng)摻量大于5%后則均隨SiC摻量的增加而下降。這是因為SiC在高溫氧化氣氛中會發(fā)生氧化作用，即SiC+C02 — Si02 + C02而產(chǎn)物Si02能與α-Al203反應(yīng)生成莫來石，產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)蔬松、顯氣孔率上升、強(qiáng)度下降，耐磨性也下降。
SiC在800℃〜1100℃之間的抗氧化能力比1300℃-1500℃時的低。因為在800℃~1100℃時，SiC氧化生成的Si02結(jié)構(gòu)蔬松，起不到充分保護(hù)底材的作用，而在1100℃以上，尤其在1300℃~1500℃之間，其氧化作用顯著，此時生成的Si02氧化層薄膜覆蓋在SiC表面，阻礙了氧對SiC的進(jìn)一步接觸，所以抗氧化能力反而加強(qiáng)。當(dāng)SiC加入量低于5%時，試樣經(jīng)過1100℃熱處理后，其內(nèi)層的1100℃本身的難燒結(jié)性未充分顯現(xiàn)，尚不能影響澆注料的整體燒結(jié)，所以澆注料的耐壓強(qiáng)度呈上升趨勢;而當(dāng)1100℃加入量超過5%時，SiC本身的難燒結(jié)性達(dá)到一定程度，導(dǎo)致澆注料整體燒結(jié)性變差。
澆注料的熱震次數(shù)隨SiC加入量的增加而提高(見圖2)。根據(jù)熱震因子R=P·γ/E·α(式中：P為材料強(qiáng)度，γ為材料的熱導(dǎo)率，E為材料的彈性模量，α為材料的熱膨脹系數(shù))分析，SiC熱導(dǎo)率γ高，而線膨脹系數(shù)α小。因此，當(dāng)SiC加入到澆注料中，能夠提高澆注料的抗熱震性。特別當(dāng)SiC加入量超過5%，由于SiC細(xì)度較細(xì)，在基質(zhì)中形成連續(xù)相，能顯著提高澆注料的熱傳導(dǎo)能力，使熱震次數(shù)顯著增多，從而使?jié)沧⒘暇哂懈玫臒嵴鸱�(wěn)定性。
圖2 SiC加入量對熱震性能的影響
2.4性能比較
將試驗料和某廠使用的高鋁質(zhì)耐磨澆注料進(jìn)行性能測試，其結(jié)果見表3。
表3 試驗料和某廠性能指標(biāo)
表中3的使用料為某廠日產(chǎn)4000t熟料干法回轉(zhuǎn)窯窯窯口段使用的澆注料，經(jīng)分析其主骨料是白剛玉，但料中CaO量較高，屬普通水泥澆注料。與試驗料相比，顯然其線變化率較大，并且中溫和高溫耐壓強(qiáng)度都較低，磨損率高，耐磨性差。
3結(jié)論
(1) 高鋁質(zhì)澆注料耐磨性與結(jié)合劑鋁酸鈣水泥的性能相關(guān)，新出廠的水泥拌制的澆注料耐磨性較好。
(2) 通過加入1.5%的減水劑可減少拌合水量，增加制品的密度，將耐磨性提高35%。
(3) 加入SiC細(xì)粉使高鋁質(zhì)澆注料經(jīng)110℃×24和1500℃×2h處理后的耐磨性提高，但在1100℃×2h處理后其耐磨性隨SiC加入量的增加是先增加后下降。
(4) 高鋁質(zhì)耐磨澆注料熱震穩(wěn)定性隨SiC加入量的增加而增加，當(dāng)加入量超過5%時熱震次數(shù)增加明顯。