煉鋼廠所用澆注料大多數(shù)為水泥及低水泥結(jié)合高鋁澆注料,。這些澆注料成型固化后一般還需養(yǎng)護2~3d，拆模后一般還需烘爐7d,。為了追求高爐的高效化與長壽化，需要對爐體進行熱態(tài)修補,，這是水泥,、樹脂和焦油結(jié)合材料都無法滿足的，因為水泥結(jié)合材料需要足夠的水分和養(yǎng)護時間才能有良好的使用性能,，而樹脂和焦油結(jié)合材料在熱態(tài)施工過程中產(chǎn)生有害氣體,。為此，以硅溶膠為結(jié)合劑研制了高爐熱態(tài)修補用剛玉—莫來石快干澆注料,。
1 性能檢測
1.1 試樣制備及性能檢測方法
1.2 研制硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料所用的主要原料有：w(Al2O3)≥98.0%的致密剛玉剛玉骨料和w(Al2O3)≥60%的合成莫來石骨料(粒度均≤0.043mm),，以及α—Al2O3微粉、硅溶膠結(jié)合劑,、復(fù)合添加劑,。原料的化學(xué)組成見表1。
表1 原料的化學(xué)組成
研制澆注料配料組成w為：致密剛玉30%,，莫來石30%,，剛玉粉10%,，α-Al2O3微粉6%，礬土粉19%,，復(fù)合添加劑5%,，硅溶液10%，(外加),。
按上述配料組成配制一定量的試驗料,，攪拌均勻后按常規(guī)方法振動澆注成40mm×40mm×160mm和70mm×70mm×70mm的試樣(通過調(diào)整固化劑用量，使試樣在90~150min內(nèi)固化),，自然放置12h后脫模,，脫模后在烘箱中于110℃干燥24 h;另外，模擬高爐熱態(tài)修補工況,，將攪拌好的澆注料在經(jīng)加熱爐加熱至500℃的40mmX40mmX160mm模具內(nèi)澆注成型,，然后帶模放入烘箱中，于110℃烘烤約100 min后脫模,，脫模后再于110℃烘烤24 h,。將上述兩種方式成型的試樣分別在815、100和1400℃保溫3h熱處理,。
取以兩種方式成型并經(jīng)不同溫度熱處理后的40mmX40mmX160mm的試樣,，分別按 GB/T 2997—2000、GB/T 5988—2004,、GB/T 3001—2000和GB/T 5072.2—2004檢測其體積密度,、加熱永久線變化、常溫抗折強度和常溫耐壓強度,。對常溫澆注成型,、110°C干燥后的70 mmX70mmX70mm的試樣,，按GB/T 17617—1998進行抗熱震試驗(1100 °C,，水冷)，并與礬土水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料試樣進行對比,。對部分試樣進行顯微結(jié)構(gòu)和能譜分析,。
1.2結(jié)果與討論
1.2.1常溫成型試樣的性能
常溫下澆注成型的硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能見表2�,？梢钥闯觯汉娓珊笤嚇拥某乜拐蹚姸群统啬蛪簭姸扰c普通低水泥高鋁澆注料的相當;815℃熱處理后試樣的常溫抗折強度和常溫耐壓強度比烘干后的顯著增大,，并且隨著熱處理溫度的繼續(xù)升高而繼續(xù)增大，但1400℃熱處理后試樣的性能指標與1100℃熱處理后的差別不大,。
表2常溫成型試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能
硅溶膠為幾納米到數(shù)十納米的Si02顆粒的水系分散體系,，黏度較低，在澆注料中具有很好的分散性和滲透性,。當硅溶膠在固化劑作用下發(fā)生膠凝時,，納米Si02粒子表面的硅烷醇基團發(fā)生聚合反應(yīng);在隨后的干燥失水過程中,，Si02粒子進一步發(fā)生聚合，將基質(zhì)細粉和微粉顆粒牢固地結(jié)合在一起,。因此,，硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料試樣具有較高的烘干強度。
由于來自硅溶膠中的SiO2的反應(yīng)活性極高,，并且與活性α-Al2O3等顆粒充分接觸,，降低了它與基質(zhì)中α-Al2O3等顆粒發(fā)生反應(yīng)的溫度，使材料在較低的溫度下就發(fā)生燒結(jié),，從而使材料在中溫處理后的強度比烘干后的大,，而不像水泥結(jié)合澆注料那樣中溫處理后因水泥水化物的分解其強度反而下降。1400℃熱處理后試樣的性能指標與1100℃熱處理后的差別不大,，表明試樣在1100℃已形成較好的燒結(jié),。
抗熱震試驗發(fā)現(xiàn)：常溫澆注成型的硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石試樣熱震循環(huán)(1100 °C，水冷)100次后基本上沒有出現(xiàn)裂紋,，熱震后試樣在110℃烘干24h后其常溫耐壓強度在100 MPa以上,，耐壓強度損失率僅為18.7% ;而礬土水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料試樣熱震循環(huán)(1100 C，水冷)49次后就完全開裂,。
1.2.2熱態(tài)成型試樣的性能
熱態(tài)成型且直接烘烤的硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能見表3,。對比表2可知，熱態(tài)成型及直接烘烤對材料的性能影響不大,，表明硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料應(yīng)該能夠用于高爐熱態(tài)修補,。
表3熱態(tài)成型試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能
Table 3 Properties of specimens shaped at high temperature
1.2.3顯微結(jié)構(gòu)
常溫澆注成型的硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料試樣和礬土水泥結(jié)合剛玉澆注料試樣經(jīng)1 100 °C熱處理后的SEM照片見圖1。
圖1 1100℃處理后礬土水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料和硅溶膠結(jié)
合剛玉-莫來石澆注料的SEM照片 Fig. 1 SEM photographs of bauxite cement bonded corundum castable and silicon sol bonded corundum - mullite castable fired at 1100 °C
可以看出：1100 °C熱處理后,，礬土水泥結(jié)合剛玉澆注料的基質(zhì)基本上沒有燒結(jié),，晶粒孤立存在，氣孔較大;而硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料燒結(jié)較好,。對硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料氣孔周圍的微小晶粒作進_步觀察和能譜分析(見圖2)后發(fā)現(xiàn),，它們是莫來石，表明材料在1100℃熱處理過程中形成了莫來石,。
圖2 氣孔周圍微小晶粒的顯微結(jié)構(gòu)及能譜分析
Fig. 2 Microstructure and EDS analysis of micro-crystal around pores
3結(jié)語
（1）硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料具有較高的烘干后強度和中高溫處理后強度,，具有良好的抗熱震性。
（2）在實際應(yīng)用中,，該澆注料的脫模時間和烘爐時間大大縮短,，可以熱態(tài)澆注，并且具有良好的使用性能,。