通过国产原料,并引入减水-缓凝剂添加剂和二种超微粉混合料,配制生产出了施工性能和强度指标均达到日本同牌号产品水平的大型高炉风管用的刚玉质浇注料。并成功运用到宝钢高炉热风管中。
刚玉质浇注料是以电熔刚玉和电熔超高铝水泥为主要原料制造的一种高级浇注料,最高使用温度为1800℃,高强、耐磨、体积稳定,特别适用于高风温、高炉顶压的大型高炉作为风管内衬。它可以经受住高温、高速气流的强烈磨损。除此而外,也可用于RH炉浸渍管、高温回转窑烧嘴等重要部位。
日本黑崎公司配制刚玉质浇注料,采用日本研磨的TWA-S或采用日本昭和电工的RW-92致密电熔刚玉为骨料,这两种刚玉的技术指标列于表1。
电熔刚玉的技术性能 表1
从表1可见RW-92的气孔率较高,而采用TWA-S制备浇注料,可减少加水量,有利于提高强度。国产电熔刚玉有一般白刚玉和致密刚玉等几类,我们选用国产致密刚玉来制造浇注料。但国产致密电熔刚玉的主要问题是熔炼时伴生有碳化铝(Al2OC,Al4O4C3,Al4C3等),早期产品中碳化物含量较高,这些碳化物可与水反应放出CH4气体,而且反应产物A1(0H)3在加热脱水时,伴有强烈的体积效应,可致刚玉颗粒粉化, 因此我们对国产刚玉的规格值增加了总碳量低于0.15%的限制,以避免引进过多的碳化物。
电熔刚玉是一种高级的人工合成原料, 具有高温强度高、耐磨、体积稳定、抗化学侵蚀性好等优点。正是由于采用了这种骨料,刚玉浇注料才能获得优异的高强耐磨特性。
电熔超高铝水泥
电熔超高铝水泥是以电熔法生产的氧化铝水泥。Al2O3含量达77〜80%。其特性是纯度高、耐火度高、早期强度以及在中温和高温下的强度都比较高,是配制高级耐火浇注料时的结合剂。
国产电熔超高铝水泥与同类日本水泥相比。化学成份、矿物组成极为相似,但流动性、.硬化性有差别,因此在引进配方中国产水泥的应用技术就成了最大的难题。
表2所示为x萤光分析所得出的中、日两种水泥的化学成份,除了SiO2略高以外, 整个化学成份几乎是一样的。
电熔超高铝水泥的化学分析(X萤光分析) 表2
X—衍射分析所测定的中、日水泥的矿物组成,它们的主晶相都是CA,α-Al2O3以及少量的C12A7。
但从表3可见,国产水泥与日产品相比,流动值随时间的变化呈急剧衰减,而日产水泥在60min之内流动值衰减极小。从硬化特性来看,国产水泥的发热峰值时间还不到日产品的一半,用来配制刚玉质浇注料,其可使时间太短,实际施工中,可能发生来不及施工就已固化的事故。如不釆取其它措施,为了满足施工必需的可使时间,只能大大增加加水量,而不得不牺牲浇注料的机械强度和耐磨性。
中、日两种水泥作业性能比较 (以曰产品作为100) 表3
中,日两种水泥的化学组成及矿物组成相似,但硬化特性差别较大,原因是这两种水泥中添加的外加剂不同,因此釆用国产水泥的最大要点就是要寻求一种单一的或组合的外加剂,这种外加剂应具有减水、缓凝、 高强等几项功能。
配方试验
完全采用国产刚玉和水泥按引进配方生产的刚玉质浇注料存有两个问题,一是可使时间太短,30℃气温下,几分钟之内流动性丧失殆尽;二是热态强度低,仅有1MPa左右,而规格值为3MPa,配方试验主要就是为了解决这两个问题。
缓凝一减水剂
从众多的无机、有机缓凝剂减水剂中,我们选出了添加剂31,它具有明显的缓凝与减水作用,见表4。
添加剂31对刚玉浇注料的减水与缓凝效果 表4
添加剂31在常温下溶解速度较慢,但它的减水作用一定要在充分溶解之后才能发挥出来。这就要求施工单位配制刚玉质浇注料时,务必在限定的加水量下,用强制搅拌机混合。另外,添加剂31在减水的同时,还具有明显的缓凝效果,但是它仅对超高铝水泥(主要成份是C12A7,CA和α-Al2O3)有明显的减水与缓凝效果,对矾土水泥和烧结法氧化铝水泥(主要成份为CA和CA2)没有缓凝效果,减水效果也不明显。据此推断,添加剂31仅对超高铝水泥中的C12A7起较大作用。超高铝水泥的组成成分中,C12A7的水化速度最快,它的水化产物可以诱发和加速其它成份的水化,因此若能抑制C12A7的水化,就能有效地缓解整个水泥的硬化过程。
超微粉
仅仅采用减水一缓凝外加剂,而不加用超微粉,只是解决了刚玉质浇注料的施工性能问题,而不能大幅度提高浇注料的热态强度,因为引进的原配方中对细粉的要求仅需达200目即可,此时即使配用减水-缓凝剂,热态抗折强度仍仅为2.0MPa左右,为此我们分别采用超微粉A、B、C试配。
1.超微粉A的最大粒径为20pm,早期产品用来配制刚玉浇注料,产品性能均可满足日方规定的标准值,并实际用于张家港钢铁厂作为旋风燃烧室内衬,寿命比以往的高铝浇注料至少延长4倍。但超微粉A的制造方法比较粗糙,质量波动较大,其后期产品用以制造刚玉浇注料,常发现烧后线膨胀过大,热态强度偏低,分析原因是由于超微粉A中含有较多游离Na2O,刚玉细粉中的主晶相α-Al2O3高温下在含有碱金属的气氛中可转化为β-Al2O3,此时体积约增大25%,当配料中以有机钠盐作为添加剂时,游离Na2O的量也随之增多,膨胀值更大。显然纯以超微粉A配料是不适宜的。
2.超微粉B细度较高,平均粒径为0.7 nm用以配浇注料,加水量较高,与超微粉A—起混合加入,会造成较大收缩。
刚玉质浇注料的性能 表5
3.超微粉C平均粒径与B相当,但价格最为昂贵,纯以超微粉C配浇注料加水量也较高,而与超微粉A混合加入,体积稳定性最好,热态强度也最高。因此最终确定刚玉质浇注料的配方中,以超微粉A和C混合配入,能获得最好效果。