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添加氧化铝空心球制备轻质莫来石浇注料

莫来石浇注料具有荷重软化温度高,抗热震性好,抗侵蚀能力强等优良的性能,在工业炉内衬、钢包包盖、中间包内衬等方面被广泛使用。但致密的骨料和基质导致浇注料的热导率高,使得高温热工设备的热量损失较大,能耗较高。因此实现浇注料轻量化,有必要研发耐高温、低导热、高强度和良好抗热震性的耐火浇注料。

浇注料轻量化可通过轻质骨料或轻量化基质来实现。骨料是浇注料强度的主要贡献者,性能良好的轻质骨料才能制备出高强低导热的浇注料。以多孔隙的莫来石质微球、α-AL2O3 SiO2微粉为主要原料,硅溶胶为结合剂,在试样中生成了大量晶须,从而制备了高强度、低热导率的莫来石浇注料。在基质部分,同样可以进行轻量化设计,即在基质中加入造孔剂。 在刚玉-莫来石浇注料中添加了聚苯乙烯泡沫球,当添加量为浆料总体积的50%时浇注料的气孔率为61热导率低至0.22w/m·K-1氧化铝空心球因其耐火度高和热导率低等优点常被作为骨料制备多孔陶瓷,但其同时也是一种新型的无机造孔剂。在莫来石浇注料中加入30%氧化铝空心球时,浇注料的体积密度降低至1.96g/cm-³,热导率为0.89w/m·K-1

轻质莫来石浇注料


综上所述,同时对基质和骨料进行轻量化设计,可以在保持良好力学性能的基础上得到热导率更低的浇注料,从而减少高温热工设备的能耗。因此,以5~33~11~0.086mm的微孔莫来石骨料,0.045mm的莫来石细粉,二氧化硅微粉,氧化铝微粉,2~1mm的氧化铝空心球造孔剂CA71水泥结合剂及三聚磷酸钠。为主要原料,来制备轻质莫来石浇注料

1示出了不同温度热处理后试样的常温强度。从图中可以看出,试样的常温强度随氧化铝空心球加入量的增加而降低。同时,随着热处理温度升高,试样的常温强度逐渐增大。当氧化铝空心球加入量为9%,1400热处理后试样的常温抗折强度和常温耐压强度分别为11.947.1MPa.110 烘干后试样的强度主要由莫来石骨料的本征强度提供。但基质与细粉的结合强度并不高,故此时常温耐压强度较低。经1400高温处理后,骨料和微粉间烧结作用使得浇注料中的颗粒之间结合更加紧密,且氧化铝微粉和二氧化硅微粉反应生成莫来石,提高浇注料强度然而,由于氧化铝空心球取代了部分骨料,增加试样的气孔率,导致力学强度下降。 但氧化铝空心球提高了莫来石的生成量,且氧化铝空心球的多孔结构能够阻碍裂纹扩展,故其强度下降较少。


试样经1100热震5次后的常温抗折强度及其强度保持率,未添加氧化铝空心球的试样在热震3次后断裂,其余试样在热震5次后出现少量裂纹。从图中可以看出,随着氧化铝空心球加入量的增加,试样热震5次后的常温抗折强度基本降低,但试样的强度保持率逐渐增加。 这是由于氧化铝空心球为轻质多孔结构,其孔洞内的微裂纹能够有效缓解裂纹的扩展,从而提升浇注料的抗热震性能。此外,微孔莫来石骨料中的微孔也有利于增加裂纹的扩展路径,也提高了浇注料的抗热震性能.

随着氧化铝空心球加入量的增加,试样的热导率降低。当氧化铝空心球加入量为9%时,试样在1000下热导率降低至0.38w/m·K-1这是由于氧化铝空心球的多孔结构,使得试样气孔率增加,从而降低热导率。而微孔莫来石本身也有很多气孔,也能够降低试样的热导率。

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