矾土基均质料在水泥窑用高铝高强耐火浇注料中的应用研究

陈庆帅 罗华明

（通达耐火技术股份有限公司，北京 100085）

高铝矾土作为重要的耐火材料，在耐火材料发展中一直起着重要的作用。我国高铝矾土资源储量丰富，现已探明在25亿吨左右，是耐火原料工业的三大支柱产业之一。近年来，由于我国高铝矾土资源开采无序，且经常是采富矿、弃贫矿，导致高铝矾土资源保有储量急剧下降，甚至是在高铝矾土资源丰富的地区一度出现优质高铝矾土供需紧张的局面。为了缓和这种局面，我国许多耐火材料方面的专家经过多年研究探索认为，发展铝矾土均质料将是一条最优越的途径。为了顺应形势发展，阳泉金隅通达高温材料有限公司利用山西阳泉地区中低品位矾土及碎料合成了Al2O3含量在50%～90%的系列矾土基均质料。

以Al2O3含量在80%左右的矾土基均质料与Al2O3含量在85%左右的高铝矾土熟料为骨料，制备出大型干法水泥窑用高铝高强耐火浇注料，通过对比这两种耐火浇注料的物理性能，试图找到矾土基均质料对高铝高强浇注料的影响，为矾土基均质料应用于水泥窑体系耐火浇注料工业化的系统应用提供强有力的依据。

1 试验

1.1 两种铝矾土骨料性能

试验所用矾土基均化料和矾土熟料均为山西产铝矾土试样。其理化性能见表1。

表1 两种矾土试样理化指标

分别将上述矾土试样破碎后， 按 8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm及1～0 mm进行分级，分别称取分级后的矾土原料，为后续配置高铝高强浇注料做准备。

1.2 试验过程

分别利用上述两种矾土原料作为骨料，以矾土基均质粉、硅微粉、焦宝石微粉和铝酸盐水泥为细粉基质料添加部分减水剂作为预混粉料，其细粉基质料主要化学组成见表2。

表2 实验细粉主要化学组成（w/%）

保持基质粉料不变，将上述两种矾土骨料按表3进行配比。

表3 实验骨料配比（w/%）

按照表2、3所示水泥窑用高铝高强浇注料的配方，分别配制两种高铝高强耐火浇注料。将配制好的浇注料放在强制搅拌罐中，先预混1～2 min，待搅拌均匀后，再加入适量的水进行湿混，待搅拌均匀后，振动浇注成型为160 mm×40 mm×40 mm、65mm×114 mm×230mm及直径为50 mm、高50 mm的试样。保湿条件下养护24h后脱模，恒温恒湿箱内养护24h后，再在110℃烘箱中24h烘干后留样备用。

1.3 试样检测

上述试样一部分按照国家相关标准测试其体积密度、荷重软化温度、常温抗折强度及常温耐压强度。同时一部分经1100℃×3 h热处理后，分别测试其常温抗折强度、常温耐压强度、体积密度、变化率及抗热震等性能。

2 结果与分析

2.1 常温物理性能分析

分别测定以两种骨料做的高铝高强耐火浇注料试样样品在常温脱模、110℃及1100℃时抗折强度，其二者抗折强度对比见图1，耐压强度对比见图2。

图1 A、B试样不同温度抗折强度对比

图2 A、B试样不同温度耐压强度对比

从图1分析知，在预混粉料相同的情况下，以矾土基均质料为骨料的B试样的抗折、耐压强度，无论是常温脱模、110℃及1100℃时，均略优于以矾土熟料为骨料的A试样。分析原因可能是B试样在常温中预混粉料和骨料之间结合更加紧密，而A试样在常温中预混粉料和骨料结合不如以矾土基均质料为骨料的B试样结合更加紧密。随着热处理温度的升高以矾土基均质料为骨料的B试样其烧结过程中预混粉料所形成的莫来石相和以莫来石相为主晶相的矾土基均质料更加紧密的结合在一起。而矾土熟料因其极其容易由于杂质富集等现象容易形成“短板效应”，造成以矾土熟料为骨料的A试样与预混粉料结合不牢固，导致其经过热处理后抗折、耐压强度不如B试样。

2.2 高温物理性能分析

A、B试样样品在高温下或者经高温处理后的一些物理性能指标见表4。

表4 A、B试样样品高温或高温处理后物理性能指标

分析表4中的数据表明，以矾土基均质料为骨料的高铝浇注料B试样的高温下性能指标要优于以矾土熟料为骨料的高铝浇注料A试样。由于浇注料骨料体密存在一定的差异，造成以矾土熟料为骨料的试样A的体积密度大于以矾土基均质料为骨料的试样B的体积密度。其优点在于，高铝浇注料其它性能不变或有所增加改善情况下，适当降低浇注料的体积密度可以减轻在实际应用中水泥窑设备衬里用料的重量和用量。

从微观上解释B试样高温性能优于A试样性能的原因主要是因为:高温下基质中的莫来石相和以莫来石相为主晶相的矾土基均质料很好的结合在一起，随着温度的提高，结合程度更紧密，性能更加优越。

通过上述分析可以肯定:在相同预混粉料情况下，基质与矾土基均质料结合更加紧密、更加牢固。从性能上分析来看，使用矾土基均质料做骨料可大大提高水泥窑用高铝高强浇注料的使用寿命。这充分证明矾土基均质料的均一稳定性能更加适用于水泥窑用高铝高强耐火浇注料中，甚者更高级别的水泥窑用耐火浇注料中。

3 结论

（1）矾土基均质料在理化性能上相对不占优的情况下，以矾土基均质料为骨料制备的高铝高强耐火浇注料，其性能略优于以矾土熟料为骨料的高铝高强耐火浇注料性能。

（2）由于矾土基均质料性能均一、致密、稳定等特点，使得以矾土基均质料为骨料的高铝高强耐火浇注料在实际应用上性能更加优越。

（3）为矾土基均质料应用于其它级别耐火材料的开发应用与研究提供有力参考。

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