王錦濤，李宗寶，于蓓蓓，任建秀，孫學運

（山東耐材集團有限公司王鋁分公司，山東 淄博 255311）

1 前言

目前，軋鋼加熱爐水冷管包扎用自流耐火澆注料取得了良好效果。采用自流耐火澆注料制作燒嘴磚和修補爐頂、爐墻損毀部位，也有很好的作用［1］。要研制出符合要求、性能良好的澆注料，需要進行多方面的研究［2］，澆注料必須有良好的自流性能和防爆性能，要有足夠的強度和較低的燒后線變化。

近期山東耐材集團有限公司王鋁分公司（簡稱山耐王鋁）接到某軋鋼廠加熱爐水冷梁包扎維修的訂單，根據(jù)軋鋼廠方給出的指標（見表1），進行了水梁包扎用自流快干防爆澆注料的研發(fā)，著重進行基于基礎(chǔ)配方的流動性、抗爆性、抗折耐壓強度以及燒后線變化率的改進。

表1 防爆快干自流澆注料指標要求

2 試驗分析

防爆快干自流澆注料指標要求如表1所示。

2.1 試驗思路

（1）基礎(chǔ)配方選用軋鋼加熱爐爐墻低水泥澆注料產(chǎn)品和水梁用低水泥自流澆注料產(chǎn)品配方。（2）進行多級料配，驗證合理的級配是否改善澆注料的性能。（3）對比加入不同量不同種類的氧化鋁微粉、高純度的硅微粉和鋁酸鈣水泥的試樣指標，找出改善澆注料性能的最佳配比和最佳種類搭配。

2.2 原料及試驗方案

試驗用的主要原料有高鋁礬土熟料、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉和鋁酸鈣水泥。主要原料的化學組成見表2。

表2 主要原料的化學組成（質(zhì)量分數(shù)） %

如表3 所示，按照骨料與基質(zhì)65∶35 的質(zhì)量比進行配料，加入不同品號的二氧化硅微粉和不同品號及加入量的鋁酸鈣水泥，用1～0 mm的藍晶石替換部分高鋁礬土，配方代碼分別記為ZKF-1、ZKF-2、ZKF-3和ZKF-4。再對骨料粒度級配進行調(diào)整，按照骨料與基質(zhì)64∶36的質(zhì)量比進行配料，同時再引入新的活性氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、金屬鋁粉和鋁酸鈣水泥，研究對該澆注料的影響，配方編號分別記為ZKF-5、ZKF-6和ZKF-7。

表3 試樣配比組成（質(zhì)量分數(shù)） %

2.3 試驗過程和性能檢測

將按配方配料的各原料混勻、攪拌后，按照CB/T 5302.1 標準要求測定澆注料的流動值，加水量見表4。經(jīng)振動澆注成型為40 mm×40 mm×160 mm的試樣，并按照YB 2209 的有關(guān)標準進行養(yǎng)護，觀察并記錄凝固時間見表4。試樣拆模后進行110 ℃干燥和1 350 ℃×3 h 熱處理，按照GB/T 2997 標準要求檢測試樣烘干和熱處理后的體積密度和線變化率，按照GB/T 3001 標準要求檢測試樣的冷態(tài)抗折、耐壓強度；按照GB/T 3002標準要求檢測試樣的高溫抗折強度，數(shù)據(jù)見表5。

表4 常溫物理性能及凝固時間

表5 試驗結(jié)果

抗爆試驗：電爐預(yù)先加熱到600 ℃，保溫30 min。將脫模后的試樣成型面朝上，迅速放入爐內(nèi)，關(guān)閉爐門并開始計時，爐溫恢復到600 ℃后，試樣在此溫度保溫30 min。觀察試樣是否爆裂，發(fā)現(xiàn)試樣ZKF-1、ZKF-2、ZKF-4、ZKF-5和ZKF-6無爆裂，試樣ZKF-3有微裂紋，試樣ZKF-7出現(xiàn)裂紋。

3 結(jié)果分析

3.1 加入不同粒度級配和微粉對常溫物理性能的影響

由圖1可知，ZKF-4和ZKF-5試樣自流效果更好。一般情況下，加水量和流動性成正比關(guān)系，即相同配方在一定范圍內(nèi)，加水量越多，流動性越好。影響流動性的因素有很多，在骨料選擇方面，在相同加水量的情況下，以球形等相對均勻的顆粒為骨料相比以長條、棱角形等顆粒為骨料制成的澆注料流動性能更好，這主要是由于球形、橢球形顆粒之間空隙更易被填充，可以減小顆粒之間的摩擦；合理的粒度級配對提高流動性能也很重要，級數(shù)多，粒度波動越小，流動性能越好；引入減水劑等添加劑對流動性能也會有所影響。

圖1 不同粒度級配和微粉加入對常溫物理性能的影響

3.2 加入不同粒度級配和微粉對體積密度的影響

加入不同粒度級配和微粉對體積密度的影響見圖2。由圖2 可以看出，ZKF-2、ZKF-4 和ZKF-6的體密更高，這表明二氧化硅微粉2和鋁酸鈣水泥1 對增加體密有更明顯的作用。相對均勻、粗顆粒少的試樣體密相對更高，這是因為顆粒與基質(zhì)間的大量空隙易被填充，易形成緊密堆積，提高了體積密度。

圖2 不同粒度級配和微粉加入對體積密度的影響

3.3 加入不同粒度級配和微粉對強度的影響

加入不同粒度級配和微粉對強度的影響分別見如圖3、圖4。從ZKF-7可以看出，水泥對澆注料強度有較大的影響，水泥作為結(jié)合劑，使?jié)沧⒘匣|(zhì)的剪切應(yīng)力增大，基質(zhì)的黏度增加，提高澆注料的強度。同時加水量少的試塊強度越高，這表明合理的粒度級配、優(yōu)質(zhì)微粉的適量引入及減水劑的使用對提升澆注料的強度也很重要。

圖3 不同粒度級配和微粉對抗折強度的影響

圖4 不同粒度級配和微粉對耐壓強度的影響

3.4 加入不同粒度級配和微粉對燒后線變化的影響

由圖5可以看出，ZKF-1、ZKF-2和ZKF-4的燒后線變化率較低。均勻合理的粒度級配和微粉的加入提高體積穩(wěn)定，有效促進試樣的燒結(jié)，使線變化率小。

圖5 不同粒度級配和微粉對燒后線變化的影響

3.5 防爆性能

添加防爆纖維是澆注料最有效的防爆措施之一。澆注料受熱后，防爆纖維迅速收縮、分解，同時在澆注料中形成氣孔通道，從而讓澆注料因受熱而產(chǎn)生的水蒸氣迅速擴散出去，提高該澆注料的防爆性能。

3.6 快干性能

根據(jù)凝固時間來看，在快干澆注料中加人活潑金屬Al粉，與水混合后發(fā)生放熱反應(yīng)，使?jié)沧⒘系臏囟雀哌_70 ℃左右，同時產(chǎn)生的氣體形成通道，把水蒸氣引出，加速了澆注料的硬化。由于澆注料內(nèi)部形成均勻氣孔通道，有利于澆注料中的水分暢通排出，故能實現(xiàn)快速烘烤。其次Al 粉與水作用產(chǎn)生放熱反應(yīng)，促進超微粉、黏土凝聚發(fā)生反應(yīng)，從而提高其強度。但從澆注料施工方面考慮，Al粉加入少會導致凝固過慢拖延工期，Al粉加入過多會導致氣孔過多，強度下降且硬化過快影響施工。綜合考慮，選擇凝固時間為2.2 h為宜。

4 結(jié)語

（1）合理的粒度級配對提高流動性能很重要，級數(shù)多，粒度波動越小，流動性能越好；引入減水劑等添加劑對流動性能也會有所影響。

（2）不僅水泥、氧化鋁微粉對試樣的體積密度產(chǎn)生影響，相對均勻、粗顆粒少的粒度配比的配方體積密度相對更高。鋁粉加入越多，反應(yīng)放熱越快，凝固時間越快，但加入量過多反而會起到降低強度、影響施工的負面作用。

（3）合理的粒度級配、優(yōu)質(zhì)微粉的適量引入及減水劑的使用對提升澆注料的強度很重要，可以提高體積穩(wěn)定，有效促進試樣的燒結(jié)，使線變化率小。

（4）根據(jù)試驗結(jié)果和客戶需求，山耐王鋁從加水量、流動性、強度、防爆性能、凝固時間和燒后線變化等因素綜合考量，優(yōu)選出ZKF-6號澆注料配方。山耐王鋁生產(chǎn)的軋鋼加熱爐水冷管用澆注料已在國內(nèi)某大型鋼廠投入使用，完全滿足生產(chǎn)要求。