添加红柱石、硅线石对硅溶胶结合铝硅浇注料抗蠕变的改进

摘要

Al2O3-SiO2系浇注料是工业窑炉的重要用材。在长期的高温及荷重条件下，窑衬或构件可能因蠕变而发生收缩变形、下沉、倾斜乃至坍塌而制约其使用寿命。研究、开发和应用抗蠕变性优良的 Al2O3-SiO2系浇注料，可望克服此不足。
　　以Al2O3含量为72％的烧结莫来石为主原料的铝硅质浇注料为研究对象，通过优化结合体系和添加红柱石和硅线石以提高抗蠕变性，研究了低水泥、超低水泥和无水泥三种不同结合体系对浇注料性能的影响。浇注料试样经110℃烘干和1450℃×3h烧后，对常温抗折强度、常温耐压强度、体积密度、显气孔率、荷重软化温度进行了检测，重点研究了采用不同结合体系的浇注料试样经1000℃预烧后，在1400℃×50h、1450℃×50h和1500℃×5h的条件下进行压蠕变检测，并借助XRD和SEM对部分试样做了显微结构分析。
　　与低水泥结合体系相比，采用超低水泥和无水泥结合体系时，有利于提高荷重软化温度和抗蠕变性能。结合体系不同的浇注料，随水泥含量的减少蠕变率降低，随温度的升高蠕变率增大。其机理在于随水泥用量的减少，所引入的 CaO与 Al2O3、SiO2组分形成的低熔物的量减少，发生蠕变的能力减弱。温度越高，烧结收缩和液相滑移作用导致蠕变增强。以硅溶胶为结合剂的浇注料，受热后低熔物含量少，对结构强度的保持有利，且 SiO2微粒分散性高，高温下形成莫来石结合相，形成交错的网络结构。富余的高粘玻璃相填充在网络结构间隙中，有利于减少晶界滑移，从而使荷重软化温度提高，抗蠕变性增强。
　　在以硅溶胶结合的浇注料中，进一步研究了红柱石和硅线石加入量对蠕变、荷重软化、热态抗折强度及其他性能的影响。固定硅线石细粉加入量为6%，红柱石加入量分别为18%、27%和36%；固定红柱石加入量为18%，硅线石细粉加入量分别为6%、9%和12%。引入红柱石时，随其颗粒加入量增大，抗蠕变性和荷重软化温度有所提高，同时浇注料的永久线变化率和耐压强度亦有增加趋势，而体积密度有所下降。随硅线石细粉量增加，浇注料的常温耐压强度和荷重软化温度有所提高。在本工作检测温度范围，硅线石的加入对浇注料的抗蠕变性的改善未得直接证据。对于高温性能优良的无水泥铝硅系浇注料，考虑到红柱石以及硅线石转化为莫来石的温度不同，有必要通过二者复合加入并优化协同作用以获得更佳抗蠕变性及其他重要性能。
　　本工作取得的结果表明，对于铝硅系浇注料，结合体系和添加可产生莫来石化的天然矿物对抗蠕变性的影响作用明显。以硅溶胶作结合剂是铝硅浇注料获得低蠕变率的有效途径。在实际应用中，应根据使用条件选择红柱石和硅线石的最佳搭配。用此类低蠕变浇注料做成预制件，在取代形状复杂的低蠕变砖方面具有现实意义。

目录

声明

第1章 引言

第2章 文献综述

2.1 Al2O3-SiO2系浇注料性能概述

2.2 耐火材料的蠕变行为

2.3 红柱石和硅线石的性能

2.4 浇注料结合体系的演变

2.5 研究现状

2.6 本工作研究的目的和意义

第3章 研究过程和方法

3.1 研究方案与思路

3.2 研究内容与方法

3.3 研究过程

3.4 检测方法

3.5 实验仪器与设备

第4章 结合体系对浇注料性能的影响

4.1 结合体系对体积密度和显气孔率的影响

4.2 结合体系对常温强度的影响

4.3 结合体系对荷重软化温度的影响

4.4 结合体系对蠕变率的影响

4.5 物相组成分析

4.6 显微结构分析

4.7 小结

第5章 红柱石对浇注料蠕变性能的影响

5.1 红柱石对常温性能的影响

5.2 红柱石对热态抗折强度的影响

5.3 红柱石对荷重软化温度的影响

5.4 红柱石对蠕变性能的影响

5.5 小结

第6章 硅线石对浇注料蠕变性能的影响

6.1 硅线石对常温性能的影响

6.2 硅线石对热态强度的影响

6.3 硅线石对荷重软化温度的影响

6.4 硅线石对蠕变率的影响

6.5 本章小结

第7章 结论

第8章 对今后工作的建议

参考文献

致谢