傳統(tǒng)的高鋁澆注料輕質(zhì)材質(zhì)由于氣孔孔徑較大,，其熱導(dǎo)率較高,，只能用于中低溫(≤1200℃)部位,。由傳熱學(xué)原理可知,，若材料內(nèi)部能形成封閉的圓形微氣孔結(jié)構(gòu),，則可顯著降低其熱導(dǎo)率,。為了提高輕質(zhì)高鋁澆注料的性能，在本工作中,，通過(guò)添加造孔劑等研制了具有較低熱導(dǎo)率,、較高強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性的高性能輕質(zhì)高鋁澆注料。在多種工業(yè)爐1200~1500℃的高溫部位使用,，節(jié)能成就顯著,。
1 試驗(yàn)
1.1 試驗(yàn)原料
試驗(yàn)用原料有：合成輕質(zhì)骨料，高鋁礬土熟料,、漂珠,、藍(lán)晶石、二氧化硅微粉,、氧化鋁微粉,、純鋁酸鈣水泥，以及造孔劑生礬土粉,、紅柱石,、淀粉、納米炭黑等,。原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1,。
表1原料的化學(xué)組成
1.2 試樣制備及檢測(cè)
按表2配料，在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中干混3min,，加水濕混2min,，振動(dòng)澆注成40mm×40mm×160mm的試樣。自然養(yǎng)護(hù)1d后脫模,，再自然養(yǎng)護(hù)24h,。在110℃烘干24h后，在1350℃保溫3h煅燒,。
按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)烘干及煅燒后試樣的體積密度,、常溫耐壓強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和孔徑分布,，并觀察試樣的顯微結(jié)構(gòu),。
表2 試樣的配料組成
2 結(jié)果與討論
2.1 試樣的體積密度
烘干及煅燒后試樣的體積密度見(jiàn)圖1。
圖1 烘干及煅燒后試樣的體積密度
從圖1可以看出：隨著淀粉添加量由0增加至6%(w),，烘干及煅燒后試樣的體積密度均有所減小,，這是因?yàn)榈矸鄣捏w積密度較小。同時(shí)添加淀粉和納米炭黑,，烘干及煅燒后試樣的體積密度進(jìn)一步減小,。添加生礬土或紅柱石對(duì)烘干及煅燒后試樣的體積密度影響很小。
2.2 試樣的常溫耐壓強(qiáng)度
烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度見(jiàn)圖2,。
圖2 烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度
從圖2可以看出：隨著淀粉添加量由0增加至6%(w),，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度均略有減小,，這是因?yàn)闈沧⒘系男杷柯杂性龃蟆Ｍ瑫r(shí)添加淀粉和納米炭黑,，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度進(jìn)一步減小,。添加生礬土或紅柱石后，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度均略有增大;但是,，由于生礬土和紅柱石的促燒結(jié)作用會(huì)降低燒后試樣的氣孔率,，有違造孔初衷，因此下文不再討論試樣F,、H的性能,。
2.3 試樣的熱導(dǎo)率
燒后試樣的熱導(dǎo)率見(jiàn)圖3。從圖3可以看出,；隨著淀粉添加量由0增加至6%(w),，燒后試樣的熱導(dǎo)率均逐漸減小,；同時(shí)添加淀粉和納米炭黑,，煅燒后試樣的熱導(dǎo)率進(jìn)一步減小。
圖3 燒后試樣的熱導(dǎo)率
2.4 試樣的顯微結(jié)構(gòu)
燒后試樣Q,、D6和DC(光片)的顯微結(jié)構(gòu)照片見(jiàn)圖4,�,？梢钥闯觯�
圖4 燒后試樣Q,、D6和DC的顯微結(jié)構(gòu)
(1)試樣Q基質(zhì)部分較致密，氣孔相對(duì)較少,，但氣孔直徑較大,，多數(shù)氣孔的直徑>15um；
(2)試樣D6基質(zhì)中有較多的微氣孔,，且微孔的分布也比較均勻,，大多數(shù)氣孔的直徑<15um；
(3)試樣DC基質(zhì)中也有較多的微氣孔,，且微孔的分布比試樣D6的更加均勻,，大多數(shù)氣孔的直徑<10um。
(4)試樣D6添加了6%(w)的淀粉,，由于淀粉的黏度較大,，在澆注料中不易分散;而同時(shí)添加3%(w)淀粉和0.5%(w)納米炭黑的試樣DC，造孔劑的分散性和澆注料的流動(dòng)性均改善,，因此其微孔結(jié)構(gòu)優(yōu)于試樣D的,。
燒后試樣D6和DC的氣孔孔徑分布見(jiàn)圖5�,？梢钥闯觯涸嚇覦C的孔徑更小,，因此其熱導(dǎo)率更低,。
圖5 燒后試樣D6和DC的孔徑分布
3 研制澆注料的性能及應(yīng)用
綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，在降低生產(chǎn)成本和滿足高鋁澆注料輕質(zhì)材質(zhì)澆注料使用條件的情況下,，通過(guò)調(diào)整澆注料的原料組成和粒度組成及添加燒失物等手段,，研制了系列高性能輕質(zhì)高鋁澆注料，其中,，MLW—1.8牌號(hào)的澆注料的理化指標(biāo)見(jiàn)表3,。可以看出,，該澆注料具有較低的熱導(dǎo)率及較高的強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性,。
2010年9月，在某公司工業(yè)爐爐墻,、爐頂使用MLW-1.8澆注料,，工作層共用澆注料115t，比正常爐子少用50t,。經(jīng)養(yǎng)護(hù),、烘烤后于2011年元月投入使用，至今已運(yùn)行近3年,。從目前爐況看,，至少還能再使用3年。使用MLW-1.8澆注料后,，爐子保溫節(jié)能效果明顯,，年節(jié)約焦?fàn)t煤氣280000m3，同時(shí)改善了爐前工的作業(yè)環(huán)境,。
2010年6月,，生產(chǎn)的牌號(hào)為MLW-1的輕質(zhì)澆注料在某鋼廠2050寬厚板3#軋鋼加熱爐水冷管進(jìn)行試用，取代原用體積密度約為2.40g·cm-3的重質(zhì)高鋁澆注料,。施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn),，該澆注料流動(dòng)性良好，凝結(jié)硬化時(shí)間合適,，脫模后強(qiáng)度高,，受到施工單位和用戶好評(píng)。目前已使用3年多,，還在正常使用中,，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)用戶預(yù)期。
4結(jié)語(yǔ)
(1)在高鋁澆注料輕質(zhì)材質(zhì)中添加造孔劑淀粉或納米炭黑后,，澆注料的體積密度,、熱導(dǎo)率均有所減小，基質(zhì)氣孔孔徑減小,，并且同時(shí)添加淀粉和納米炭黑的試樣的體密度,、強(qiáng)度,、熱導(dǎo)率和氣孔孔徑更小。
(2)研制的高性能輕質(zhì)高鋁澆注料具有較低的熱導(dǎo)率,、較高的強(qiáng)度及體積穩(wěn)定性,，用于多種工業(yè)爐1200~1500℃的高溫部位，節(jié)能成效顯著,，取得了較好的使用結(jié)果,。