不同結合劑對紅柱石耐火磚性能的影響有哪些呢？
紅柱石的特點是傳導性低抗蠕變性高及受熱時體積變化小結合劑的種類顯著地影響著紅柱石磚的性能在由Esteghlal型黏土和RR40型黏土組成的配料中分別采用木質磺酸鈣和膨潤土作結合劑將這兩種配料制成的磚分別在1000℃1200℃及1450℃下進行燒成并測定其體積密度顯氣孔率和常溫耐壓強度采用X射線衍射法鑒定了物相研究結果表明膨潤土可以顯著地改善此種耐火材料的質量而木質磺酸鈣只能改進其成型性能但對其最終性能無影響
1前言
紅柱石具有下列性能無氣孔熱導率低及非可逆地轉化為莫來石在莫來石中它保持著自己的形態和尺寸而且不發生體積變化和二次莫來石化就是說結合劑或在常溫下或在高溫下起作用
這些性能可保證紅柱石制品獲得下列特性體積穩定荷重軟化點高抗蠕變性好抗熱震性高抗CO侵蝕性高及熱導率低根據這些特性便可在下列工業部門中使用以紅柱石為原料制造的耐火材料玻璃工業陶瓷工業煉鋁工業及煉鋼工業
但是各種不同的結合劑對此種磚具有較大的影響并可保證擴大其應用范圍在本研究工作中嘗試分析了結合劑對此種耐火材料性能的影響
應當指出關于各種加入劑對莫來石化的影響做了大量的研究工作但是通過改變配料組成及結合劑類型而使此類耐火材料性能達到最佳化卻未做過研究
2實驗
首先利用兩種不同的黏土作原料制備了6種配料然后再根據所取得的結果另外制備了3種配料
這些配料的制備方法如下首先按照配方制備配料待均勻化之后再對配料進行加壓成型將成型后的試樣于110℃在干燥器中干燥24h然后經過一定的時間在一定的溫度下將其燒成隨后測定了氣孔率體積密度常溫耐壓強度及鑒定物相圖1中示出了本研究工作采用的流程圖
圖1 研究工作采用的流程圖
2.1原料
表1中列出本研究工作中所用原料的化學成分
2.2磚的配料組成
表2中列出了本研究工作所用配料的配方表中示出了9種配料組成其中R20和E20R15和E15R10和E10的組成絕對是相似的但它們唯一的差別就是黏土的類型不同根據研究結果可知后3種配料均采用RR40型黏土制備
2.3磚的制備
按照下面方法制備配料
在第1階段將含有粗顆粒的料進行充分混合紅柱石的粒度為1~3mm和0~1mm;
在第2階段向所制備好的配料中加水;
在第3階段將細顆粒料進行充分混合此部分料中包括燒結氧化鋁和粒度<160μm的紅柱石;
表1原料的化學成分/%
表2磚配料的配方/%
在第4階段將第2階段制備好的配料與第3階段制備好的配料混合起來;
在第5階段向第4階段所制備好的配料中加入黏土并與之充分混合
在制備配料R5L時在第2階段及加水之前將木質磺酸鈣加入水中調和均勻然后將該調和的液體倒入第1階段所制備的配料中
在制備配料R5B時先將黏土和膨潤土進行混合然后將該混合物倒入第4階段所制備好的配料中
每種配料制成每份80g然后將其睏置24h旨在達到均勻化
采用40t液壓機進行成型所使用的壓模為圓柱形直徑31.4mm為防止出現分層現象分3個階段將配料加入壓模中在這3個階段采用手工成型然后利用成型設備分2個階段進行加壓成型在第1階段的15s內采用36MPa的壓力然后在第2階段的25s內采用73MPa的壓力
成型之后將試樣放入干燥器中于110℃干燥24h干燥之后將每種配料組成的試樣分別于1000℃1200℃及1450℃下進行燒成歷時5h
2.4密度及氣孔率
在進行試驗時將試樣放置在70℃的水中3h然后放置于常溫的水中此后從水中取出試樣在漂浮狀態和飽和狀態下對試樣進行稱重應當指出為了使取得的結果具有更大的可靠性共對3個試樣進行了試驗然后按照公式1和公式2計算其體積密度和氣孔率由于110℃下干燥后的試樣未達到所要求的強度因此對其氣孔率及體積密度未進行計算
式中Db體積密度;Pa氣孔率;W1濕重;W2飽和重量;W3漂浮重量
2.5常溫耐壓強度
在進行試驗時使用了壓力為200kN的液壓機并取得破損所需要的力為了使取得的結果更可靠及減少出現誤差的可能性共對3個試樣進行了試驗
2.6X射線衍射
對在1450℃下燒成的含5%黏土的3種配料組成的試樣進行了試驗并取得了相應的衍射圖
3結果及討論
3.1密度和氣孔率
如圖2所示隨著燒成溫度的提高氣孔率下降看來這是由于出現了大量的玻璃相所致并且玻璃相流入空隙中在較高的溫度下不僅玻璃相數量增加而且它變得更有流動性因而在燒成溫度升高時導致氣孔率下降
此外如圖3所示采用RR40黏土制備的試樣的氣孔率低于用Esteghlal黏土制備的試樣的該項指標這可能是由于RR40黏土顆粒比Esteghlal黏土顆粒微細所致
如圖4所示就采用兩種黏土制備的試樣而言隨著黏土數量的減少其氣孔率卻增大造成此種現象的原因可能是玻璃相數量下降所致當然僅在燒成溫度為1450℃時才可以觀察到此種現象而在其它燒成溫度下則不會發生此種情況
此外如圖5所示在將R5R5L和R5B這3種配料進行比較時發現采用膨潤土制備的配料R5B試樣的氣孔率小于配料R5L試樣的該指標;配料R5L試樣的氣孔率小于配料R5試樣的該指標這表明由于玻璃相的增多膨潤土可能引起玻璃相產生流動性并充填于空隙內
還有一種可能性與無加入劑的配料R5試樣比較木質磺酸鈣可能是使玻璃相流動性得到改善的原因
3.2常溫耐壓強度
如圖6所示對于所有配料的試樣來說提高燒成溫度可使強度得到提高隨著燒成溫度的提高其莫來石化程度也提高從而使其結合得到強化另一方面隨著燒成溫度的提高其玻璃相數量也增加對提高強度來說這也是有效的
如圖7所示隨著黏土含量的減少其強度也下降這是由于黏土含量影響莫來石化所致
如圖8所示Esteghlal黏土和RR40黏土具有不同的強度其原因是Esteghlal黏土含有較多的雜質而且其莫來石化程度也較低由于RR40黏土顆粒的粒度小于Esteghlal黏土顆粒的粒度而且其固態擴散性良好所以前者的強度高于后者
如圖9所示配料R5R5L及R5B的試樣具有較高的強度;配料R5和R5L試樣的強度幾乎相同而配料R5B試樣的強度則高于配料R5和R5L試樣的該指標這表明采用少量黏土和膨潤土時也可以達到較高的莫來石化程度
同時觀察到配料R5及R5L試樣具有近似的強度并且配料R5L中的木質磺酸鈣有助于改善成型性能故在成型各種不同尺寸的磚時它會起到有效的作用
3.3X射線衍射
在圖1011及12中示出配料R5R5L及R5B試樣的X射線衍射結果在此項研究工作中最重要的物相為莫來石相配料R5B試樣中的莫來石相數量大于其它兩種配料試樣的該相數量這證明該配料試樣的強度較高而對于取得較大的莫來石化程度及較強的結合來說膨潤土具有較大的影響力
4結論
1采用RR40黏土制備的試樣性能比采用Esteghlal黏土制備的試樣更好;
2當黏土使用量減少時常溫耐壓強度隨之下降但是由于莫來石數量的增加可以預測其高溫性能能夠得到改善;
3顆粒組成及更細小的顆粒有利于改善性能;
4采用木質磺酸鈣有助于改善成型性能;
5膨潤土有助于提高強度和增大莫來石相的數量也有可能改善其高溫性能
原標題不同結合劑對紅柱石耐火磚性能都有哪些影響
