《不定形耐火材料的新进展18-44.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不定形耐火材料的新进展18-44.doc（28页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、不定形耐火材料的新进展王守业1) 曹喜营1,2) 李再耕1) 王战民1,2) 张三华1) 李少飞1)1) 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 河南省特种耐火材料重点实验室 河南洛阳4710392) 北京科技大学材料科学与工程学院 北京 1000831 概述 前瞻商业资讯有限公司. 中国耐火材料行业产销需求与战略投资分析报告（2008 版）近几年來，随着耐火材料所服务的钢铁等高温工业的快速发展，耐火材料行业进步很快，见图 1和图2。尤其是不定形耐火材料由于其具有工艺简单，施工方便，整体性好，节能降耗等优点，越来越得到大家的广泛关注和认可。目前我国不定形耐火材料的产量已达到耐火材料总产量的三分之一
2、以上，与不定形耐火材料相关的新技术、新工艺、新方法和新装备也不断涌现。当前，受世界范围内金融危机的影响，耐火材料相关行业发展速度有所放缓。但从长远看，我国是一个发展中国家，具有很强的内部需求，尤其是我国陆续推出的产业振兴规划等一系列经济刺激措施的实施，可以预计这些行业在今后仍将得到平稳健康的发展。图 1中国粗钢产量(单位：万t)及增速（单位：%）走势图2 2004年2008年全国耐火材料行业产成品变化趋势图2 原料2.1 矾土基原料的均化、提纯和开发 魏同,吴运广. 我国高铝矾土的均化与提纯实践./中国金属学会耐火材料分会&河南省耐火材料行业协会主编.2009年耐火原料学术交流会论文集. 河南
3、开封：2009年, 叶方保. 矾土基原料的开发与应用./中国金属学会耐火材料分会&河南省耐火材料行业协会主编.2009年耐火原料学术交流会论文集. 河南开封：2009年, 王富强. 矾土均化料的新型半干法合成工艺./中国金属学会耐火材料分会&河南省耐火材料行业协会主编.2009年耐火原料学术交流会论文集. 河南开封：2009年我国有丰富的矾土资源，建国以来，国家先后在原山西阳泉高铝矾土矿、贵州贵阳耐火材料厂、河南渑池煅烧厂依托当地铝土矿资源，建立了高铝耐火原料生产基地。但目前矾土生产仍以煅烧天然块料为主，品种单一，质量波动大，资源利用差，能耗比较高，污染较严重，产品附加值低。在目前铝矾土资源日
4、益匮乏的情况下，需要重视耐火原料的研究，采取均化、提纯等技术路线，开发优质合成新材料，使天然原料的品位、质量发生质的提升，提高原料附加值和资源的利用率。2.1.1 矾土均化国内外的均化料生产一般采用湿法均化工艺，即采用的是湿法制粉、真空挤泥成型、干燥、烧结的生产工艺。该工艺尽管比较成熟，但存在着工艺流程长、能耗高、消耗大量水资源等缺点。为克服湿法工艺的缺点，新型的半干法均化工艺应运而生。新型半干法工艺简单地说就是干法制粉、半干法造粒、成型、烧结制备均化料的工艺。图3为湿法和新型半干法工艺流程的示意图。表 1为干法工艺均化料的理化指标。 图 3矾土原料的均化工艺（左图为湿法工艺，右图为半干法工艺
5、）表 1干法工艺均化料的理化指标牌 号化学组成（w）%体积密度（gcm3）吸水率%Al2O3SiO2Fe2O3M858585.591.53.12.0M868686.581.53.22.0M878787.571.53.31.5M888888.561.53.41.2M90909151.53.51.02.1.2 矾土基电熔尖晶石和矾土基电熔锆刚玉尖晶石矾土基原料的开发和应用除已经成熟的矾土基莫来石和矾土基刚玉外，矾土基电熔尖晶石、矾土基电熔锆刚玉尖晶石、矾土基MgAlON和矾土基-SiAlON等也逐渐投入试生产和应用。矾土基电熔尖晶石和矾土基电熔锆刚玉尖晶石的合成工艺见图4和图5，理化指标见表 2和
6、表3。矾土基电熔尖晶石主要用于制砖和浇注料，替代氧化物基高纯尖晶石，在钢包和电炉顶上使用效果很好。矾土基电熔锆刚玉尖晶石主要矿相为刚玉、尖晶石和单斜锆，具有抗侵蚀性和抗热震性好的特点，主要用于制作高档浇注料和预制件，如钢包衬、电炉顶和透气砖等。图 4矾土基电熔尖晶石的合成工艺图 5矾土基电熔锆刚玉尖晶石的合成工艺表 2 矾土基电熔尖晶石的理化指标（和氧化铝基电熔尖晶石对比）项 目化学组成（w）%体积密度（gcm3）Al2O3MgOSiO2TiO2Fe2O3CaOK2O+Na2O矾土基68.7029.530.510.770.010.440.0253.43氧化铝基69.3829.030.230.0
7、40.26痕量0.303.39表 3 矾土基电熔锆刚玉尖晶石的化学组成（w） %Al2O3MgOZrO268.7029.530.5169.3829.030.232.1.3 矾土基MgAlON矾土基MgAlON是一种新型陶瓷材料和高级耐火材料，其主要特点为：l 高熔点（2000以上)；l 优良的力学性能（AlON陶瓷常温强度300MPa，1200高温强度 260MPa，努氏硬度为16.519.5 GPa）；l 优良的抗热震性能，热导率高；l 对金属熔液及熔渣不润湿，具有良好的抗侵蚀性能；l 用矾土作原料，成本低。但是，用矾土合成的粉体在约720开始氧化，而用氧化物合成的MgAlON粉体在约900
8、开始氧化）。2.1.4 矾土基b-SiAlONSiAlON是一种性能优异的耐火材料，它以Si3N4为基，由Al、O部分置换Si3N4 中的Si、N后形成的一种固溶体。SiAlON的主要特点为：l 具有氮化硅的六方晶系结构，晶体比b-Si3N4晶体粗大，形貌多呈颗粒状和柱状（b-Si3N4晶体大多呈纤维状）；l b-SiAlON是SiAlON系列中高温性能最佳的固溶体；l 因其具有六方晶系结构，所以高温机械强度高；l 其膨胀系数为210-6 -1, 略低于b-Si3N4的（3.510-6 -1），抗热震性优良；l 氮含量不小于20%，具有优良的抗熔融金属和熔渣的侵蚀性。矾土基b-SiAlON是以
9、高铝矾土为原料，用单质Si粉作还原剂，引入添加剂，经氮化还原工艺合成，具有合成产品纯度高、工艺简单、原料成本低等特点。矾土基b-SiAlON已经在透气砖上得到了初步应用试验，表明加入一定量的矾土基b-SiAlON可以提高透气砖的高温抗折强度和抗热震性（见图6），现场应用证明残砖高度比普通砖多2040 mm，同时减少了反吹，清残渣容易。 图 6矾土基b-SiAlON加入量对透气砖高温抗折强度和抗热震性的影响2.2 新型轻质隔热原料 孙庚辰,王守业,李建涛,等. 轻质隔热耐火原料钙长石和六铝酸钙. /中国金属学会耐火材料分会&河南省耐火材料行业协会主编.2009年耐火原料学术交流会论文集. 河南开
10、封：2009年许多热工窑炉用耐火材料除要求隔热还要求能承受还原气氛介质的作用，如炼铁高炉热风炉，机械行业的渗碳炉，石油化工行业的乙烯裂解炉及制氢、加氢转化炉，石灰窑煤气管和电力工业循环流化床锅炉等。既隔热又能承受还原介质作用的耐火材料目前受到人们关注的主要有两种：钙长石CAS2和六铝酸钙CA6。钙长石质材料由于熔点较低（1550 ），使用温度一般不超过1350 。六铝酸钙材料熔点较高（1875 ），可以应用到1350 以上较高的温度环境中。2.2.1 钙长石质轻质材料钙长石隔热材料一般采用粘土或矾土等为主要原料，采用石膏为结合剂，通过打浆、发泡、坯体制作、生坯干燥后烧制而成，主要矿物是钙长石A
11、l2O3CaO2SiO2。表 4为微孔钙长石骨料的理化指标，表 5为采用该原料为集料，高铝水泥为结合剂，细磨的硅酸铝超细粉和膨胀珍珠岩为添加剂研制的隔热浇注料的理化性能。表 4微孔钙长石骨料的理化指标化学组成（w）%灼减%显密度（gcm3）Al2O3SiO2CaOTiO2Fe2O3MgOK2ONa2O42.3038.4016.151.260.780.880.060.050.160.60表 5钙长石隔热浇注料的理化性能项 目体密（gcm3）0.81.3化学组成 %Al2O338405052SiO238402830CaO18201618Fe2O30.81.00.60.8显密度（gcm3）0.750
12、.801.251.30耐压强度 MPa湿养护7天后并干燥1.52.54.55.51000煅烧后1.01.53.04.0热传导率W/（mK）平均温度(35025) 0.140.160.210.25平均温度(65025) 0.180.200.230.27使用温度温度，120013002.2.2 微孔六铝酸钙轻质材料微孔六铝酸钙轻质材料一般采用Al2O3和CaCO3为主要原料经高温烧制而成。图7示出了微孔六铝酸钙（SLA-92）的显微结构和孔径分布。小的CA6 片晶分布在晶体之间的微孔中，这就形成了具有一种高封闭气孔的均质结构。孔径分布的特点是气孔尺寸在15m 的狭窄范围内的平均孔径尺寸是34m，这
13、种微孔阻碍了热量的传送，因此这种结构的材料优于传统的隔热材料。此外，隔热材料对热震引起的剥落很敏感，因为温度的改变产生了大的热梯度，会引起大的热应力造成热剥落。但是热剥落的发生往往是因为材料中热应力的扩散引起的，这种微孔结构阻碍了裂纹的扩展，因此也有利于抗热震性的提高。图 7微孔六铝酸钙轻质材料的显微结构和孔径分布表6为微孔六铝酸钙轻质骨料的理化性能，表7为采用该轻质骨料配制的产品的理化指标。材料空冷后（950室温）的热震循环大于30 次，说明该轻质骨料的微孔结构具有良好的抗热震性。表7 微孔六铝酸钙轻质骨料的理化性能化学组成（w）%典型值最小值最大值Al2O39190CaO8.59.2Na2
14、O0.400.5SiO20.070.2Fe2O30.040.1物理性能典型值最小值最大值松装密度（kgL1）0.40.5体积密度（gcm3）0.800.95相组成CA6 主晶相CA2 次晶相-Al2O3 次晶相可供粒度36mm13mm01mm表 8微孔六铝酸钙轻质浇注料和喷补料的理化性能项 目Intoval VL 1000HTIntoval VL 1000HT/1浇注料喷补料浇注料喷补料极限使用温度/1350135015001500化学组成（w）/%Al2O3CaOSiO2Fe2O38610.531841041.589100.20.589100.20.5体积密度/（gcm3）110100014
15、001.171.051.041.181.101.181.111.101.121.281.101.20常温耐压强度/（MPa）1101000140078105812535625线变化率/%110100014001600-0.1-0.4-1.2未测-0.1-0.4-1.5未测-0.1-0.4-0.5-2.4-0.1-0.3-0.8未测热导率/（W/mK）400100012000.370.360.460.370.370.460.300.280.360.300.290.362.3 新型结合剂 Andreas Buhr, Dagmar Gierisch, Hans-Leo Gro,et al. A NE
16、W TEMPERATURE INDEPENDENT CEMENT FOR LOW AND ULTRA LOW CEMENT CASTABLES./UNITECR07. Dresden/Germany: 2009除树脂等有机物结合的不定形耐火材料外，大多数不定形耐火材料需要加入一定量的水或含水的结合剂，调制成一定的状态通过浇注、喷涂、涂抹或捣打等方法来施工。由于含水的物料体系对温度比较敏感，如结合剂的硬化性能、添加剂的活性等受到环境温度的影响，因此环境温度就成为影响不定形耐火材料施工的一个关键参数。针对铝酸盐水泥结合的耐火浇注料来说，温度较高（如大于35 ）和较低时（小于5 ）浇注料凝结硬化时间
17、相差较大，甚至出现速凝或不硬化的现象。针对这种情况，国内外开发出了对环境温度不敏感的铝酸盐水泥，在一定的温度范围内（535 ），浇注料的凝结硬化时间变化较小，并且不会出现低温不硬化的情况。表和表为国内某公司开发的矾土基铝酸钙水泥和国外某公司开发的纯铝酸钙水泥的理化指标。如采用国外该产品，20 时浇注料硬化开始时间为1.52.5 h，5 时浇注料硬化开始时间为710 h。表8 国内某公司开发的温度不敏感型铝酸盐水泥AT16的理化性能项 目CA-50（国家标准GB201-2000）AT16化学组成（w）/%Al2O3SiO2Fe2O3R2O50608.02.50.450608.02.50.4勃式比
18、表面积/（m2kg-1）300300初凝时间/min终凝时间/min3036030180抗折强度/MPa6h1d3d-5.56.535.56.5耐压强度/MPa6h1d3d-4050204050表9 国外某公司开发的温度不敏感型铝酸盐水泥的理化性能化学组成(w)/%典型值Al2O372CaO27Na2O0.2SiO20.2Fe2O30.1MgO0.2细度-45m90%d507m2.4 新型微粉 刘新彧,Gunter Buchel,Andreas Buhr. 易施工活性氧化铝(E-SY 1000 和2000) - 可泵送和低胀性无硅高性能刚玉-尖晶石浇注料新的解决方案. /中国金属学会耐火材料分
19、会&不定形耐火材料专业委员会主编. 2005年全国不定形耐火材料学术会议论文集. 扬州：2005年刚玉和尖晶石基高性能高纯泵送浇注料的关键技术问题是在低加水量的情况下具有可泵送能力。但普通刚玉和尖晶石质高纯浇注料在不含硅微粉时，浇注料的剪切应力过大，有时还存在严重的胀性现象，使得浇注料的加水混合和泵送变得困难。虽然二氧化硅微粉的加入可使浇注料获得理想的流变性（较低的屈服应力和塑性粘度），可以实现泵送，但它将降低高温下的热机械性能和抗侵蚀性。国外某公司开发了新型氧化铝微粉，使得浇注料在双活塞泵的极大压力下也能表现出适宜的流变行为。Error! Not a valid bookmark self-
20、reference.为新型-Al2O3微粉(A型)和含尖晶石的-Al2O3微粉(B型)的理化指标。表 9易施工活性氧化铝A型和B型的典型指标型 号AB化学组成（w）%Na2O0.30.1MgO-12.0SiO20.100.10Fe2O30.040.04物理性能比表面积（BET）mg-13.33.5颗粒尺寸 d50m1.91.9d90m1616粒度分布双峰(Bimodal)双峰(Bimodal)3 检测技术3.1 环境模拟系统环境条件如温度和湿度对不定形耐火材料的作业性能影响较大。因此在不定形耐火材料的制样和成型过程中往往规定一定的温度和湿度范围，如YB/T 5202.1-2003 不定形耐火材
21、料试样制备方法 第1部分：耐火浇注料中明确规定：实验室的温度应保持在1525，相对湿度不低于50%；养护箱应保持相对湿度不小于90%，温度（201）。此外，不定形耐火材料在出厂前一般需进行出厂检测，以确保产品质量。但由于耐火材料实际应用的环境温度和湿度千差万别，自然条件下厂内实验室进行的检测无法反映现场实际情况，如流动性和凝结硬化时间等，因此有必要在实验室模拟现场环境温度和湿度进行试验，从而据此制定生产方案，确保现场应用不出现问题。图8的左图为步入式高低温湿热交变实验室，尺寸可以定制，典型的实验室尺寸（内部净尺寸）为5 m3 m2 m（DWH），可以在内部安装不定形制样用振动台、搅拌机等，直接
22、在内部进行混料、成型和养护等试验。图8右图为高低温湿热交变试验箱，尺寸也可以定制，典型的试验箱尺寸（内部净尺寸）为520 mm630 mm780 mm，可以用于不定形耐火材料的养护。这两台设备的温度和湿度的范围都可以定制，一般实验室典型温度范围为-20+80 ，相对湿度范围为20%98%；试验箱典型温度范围为-20+150 ，相对湿度范围为30%98%。 图 8步入式高低温湿热交变实验室（左图）和高低温湿热交变试验箱（右图）图9和图10为采用高低温湿热交变试验箱进行养护温度和湿度控制，对矾土基低水泥浇注料烘前强度（脱模强度）和11024h烘后强度的影响。试验结果表明：总体上，养护温度越高，烘前
23、和烘后强度也越高。低温环境养护后，浇注料水泥水化速率降低，导致脱模强度非常低，烘干后仍有一定的强度损失；相对湿度对试样烘前强度没有太大影响，烘后抗折强度和耐压强度随着湿度的提高呈增大的趋势，并在相对湿度为90%时达到最大。图 9不同温度养护对浇注料强度的影响图 10不同相对湿度养护对浇注料强度的影响3.2 工作性能测定3.2.1 流动性测定 陈卢.刚玉质自流浇注料流变特性和流动性关系的研究D.洛阳：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，2009年流动性是耐火浇注料的一项重要指标，它决定了浇注料施工性的难易程度。流动性包含3个特性：流动程度、流动速度和偏析性（泌水性）。流动程度指的是流动可能达到的
24、最终限度；流动速度指的是流动的快慢；偏析性指的是材料的不均匀性，偏析性不好时骨料易和浆体分离。流动值常用自流值和振动流动值来反映浇注料（包括自流料和振动料）的流动性。对流动值测试过程进行分析，认为自流值测定的是停止流动后的流动值，反映的是流动的程度；振动流动值测定的是振动15 s后的流动值，反映了在振动条件下的流动速度。因此，自流值和振动流动值都只分别反映流动性的一个方面，无法全面反映浇注料的流动性。试验也经常发现，具有相同自流值的两种自流浇注料，流动速度有较大差异。因此，用流动程度和流动速度这两个指标能更为全面地反映浇注料的流动性。鉴于目前的测试方法无法全面反映浇注料的流动性，有关学者自制了
25、L型流动性测试装置来测量自流浇注料的流动程度和流动速度，其结构和尺寸见图11。试验时，先在左侧的长方体空间内填充一定量的自流料，然后按下挡板上升开关，挡板升起后，自流浇注料在自重作用下自动塌下，并沿水平方向流动。记录自流浇注料流经30 cm距离所需的时间T30来表征浇注料的流动速度；记录自流浇注料的最终流动距离来表征浇注料的流动程度。图 11 L型流动性测试装置示意图（尺寸单位mm）3.2.2 可塑性测定 曹喜营,张三华,石会营,等. 耐火可塑料的马夏值测定. 待发表可塑料的可塑性是可塑料适应现场施工的一个重要指标，根据施工方法的不同，特别是捣打方法的不同，如橡皮锤人工捣打、风镐机械捣打等，要
26、求可塑料具有不同的可塑性。目前，常用可塑性指数来测量可塑料的可塑性大小，其测定原理是用成型后的试样受冲击而产生的可塑变形的程度还衡量可塑性的大小。但用可塑性指数衡量可塑性存在局限性：对于较软的可塑料，可塑性指数可以很好地检测出来；但对于较硬的可塑料或捣打料，则无法检测出可塑性指数。马夏值的测量原理是泥料从模型孔挤出时会产生瞬态力值变化，其最大力值与模孔截面之比即为马夏值。采用马夏值测定仪来测定耐火可塑料的马夏值，并用马夏值来衡量可塑料的可塑性，结果见图12。可以看出：（1）马夏值和可塑性指数有较好的相关性，马夏值可以用于耐火可塑料的可塑性测定；（2）马夏值测定法的检测范围更宽，可测定从橡皮锤人
27、工捣打到风镐机械捣打等施工方式可塑料的可塑性测定。因此，可以用马夏值测定仪来进行可塑料作业性能的测定。 图 12可塑料可塑性指数和马夏值的检测结果及其相关性3.2.3 水泥结合浇注料硬化时间测定 李斌, Benoit Valdelievre, Chris Parr.纯铝酸钙水泥结合的低水泥浇注料施工性能的调整和控制./中国金属学会耐火材料分会&不定形耐火材料专业委员会主编. 2005年全国不定形耐火材料学术会议论文集. 扬州：2005年目前，耐火浇注料硬化时间的测定常用流动值衰减或针入度计测定浇注料的稠度变化来衡量浇注料的初凝时间。但这些方法检测数据不连续，容易受人为因素的影响。纯铝酸钙水泥结
28、合的不定形耐火材料的流变学性能和硬化性能与作为结合系统的铝酸盐水泥的水化特性是密切相关的。铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料在养护过程中坯体的硬化是由于铝酸盐水泥水化产物的成核沉淀而形成胶体结构的结果。因为水泥水化的过程是一个放热过程，因此，放热峰值出现的早晚不仅反映了水泥水化进程的速度，而且也反映了坯体在养护过程中硬化而产生强度的快慢。在实际试验过程中，将搅拌好的浇注料放置于密闭的容器中，通过热电偶和温度数据自动采集记录仪来测定铝酸盐水泥结合的浇注料在养护过程中放热峰值出现的时间，并将其作为浇注料安全、经济的脱模时间。测试原理示意图和具体测试设备见图13。 图 13放热曲线测定示意图（左图）和测
29、定仪器（右图）3.3 流变性能测定3.3.1 浇注料全组分流变仪8, 李少飞.湿式喷射用Al2O3SiCC质浇注料流变性的研究D.洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，2007年, 冯海霞.矾土基铝镁质振动浇注料的流变性能研究学位论文.洛阳：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司,2008年 浇注料全组分流变仪可以对浇注料进行流变性能的测试，克服了以往只能用浆体流变仪进行基质部分流变性能测试的缺陷，能够真实反映浇注料的实际流变行为。图14为国内某公司生产的浇注料全组分流变仪，其技术参数为：扭矩范围020 Nm，扭矩精确度0.001 Nm，转速范围0400 rpm。搅拌锅底部平台带有振动装置，除
30、自流浇注料外，还可对振动浇注料进行流变性能测试。图 14 国产浇注料全组分流变仪该设备的测试内容包括：（1）通过搅拌过程中浇注料所受扭矩-转速曲线确定流体类型，浇注料常用的流变类型为Bingham流体；（2）通过上下曲线的面积确定触变性大小和类型（正触变和反触变）；（3）通过下行线确定流变参数，如Bingham屈服应力、塑性粘度、平均表观粘度等。图15和表 10为-Al2O3微粉加入量对刚玉质自流浇注料（无硅灰）流变性和流动性的影响（表 10中的自流时间测定采用了前文所述的L型流动性测试装置）。可以看出，随-Al2O3微粉加入量的增加，屈服应力显著减小，塑性粘度变化不大，相对平均表观粘度逐渐减
31、小。自流值变化不明显，流动速度明显加快。图16为经过试验得出了刚玉质自流浇注料（无硅灰）流动性和流变参数的关系。从图中可以看出，自流值和相对屈服应力有较好的相关性，而流动速度和相对平均表观粘度有较好的相关性。图 15-Al2O3微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变性的影响表 10-Al2O3微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变参数和流动性的影响-Al2O3微粉加入量%9101112加水量%5.45.45.45.4相对屈服应力(Nm )3.55313.27662.92141.5658相对塑性粘度(Nmrpm-1)0.11440.11790.10560.1177相对平均表观粘度(Nmrpm-1) 0.24
32、270.23610.20930.1737自流值%88848892自流时间T30s/494330 图 16浇注料流动性和流变参数的关系3.3.2 新型浆体流变仪 耐火材料行业常用的浆体流变仪为同轴圆筒式流变仪，一般用于对流动性较好的原料或基质浆体进行的流变性能测试。国外某公司开发了一种软固体流变仪，采用了特殊的桨式转子，可用于对膏状体和塑性体如涂抹料、可塑料等进行流变性能测试，见图17。测试模式分为控制应变模式和控制应力模式。该设备亦可配合同轴圆柱体转子使用。 图 17 国外某公司软固体流变仪 图 18 美国某公司新型电位仪3.4 动电特性测定 许远超. 刚玉基Al2O3-SiO2系浇注料浆体动
33、电特性与流变特性的研究学位论文. 洛阳：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，2008年, 余同暑. 刚玉基Al2O3-MgO浇注料浆体动电特性与流变特性的研究学位论文. 洛阳：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，2009年 不定形耐火材料的分散、絮凝和硬化特性与浇注料的动电特性尤其是Zeta电位的变化密切相关。以前Zeta电位的测量一般采用电泳仪来进行测量，由于测量原理为电泳观测法，只能适用于低固含量和单一物料的浆体测定，而且误差较大。美国某公司利用电声学测量技术，开发了新型Zeta电位仪（见图18），可对高浓度浆体（最高达60%）和混合物料浆体进行Zeta电位的快速测定。测试内容包括：（1）
34、Zeta电位随pH值变化、等电点测定；（2）浓度滴定试验，快速确定最佳分散剂用量；（3）pH值和电导率测定。将该电位仪和浆体流变仪配合使用，可以对浇注料分散剂进行优化选择并进行分散作用机理分析。图19为不同分散剂对-Al2O3微粉Zeta电位和表观粘度的影响。根据表观粘度的变化可以选择出 图 19 不同分散剂对-Al2O3微粉Zeta电位和表观粘度的影响合适的分散剂，通过Zeta电位的变化可以分析出分散剂的作用机理。试验选用的6种分散剂，SHP和STP为无机盐类，FDN和SM为聚电解质类，FS10和FS60为高分子聚合物类，从表观粘度的大幅降低看，6种分散剂都有较好的分散效果。但6种分散剂对Z
35、eta电位的影响不同。从图中可以分析出：（1）无机盐类以提高电位绝对值的静电稳定作用为主，Zeta电位绝对值提高较大；（2）高分子聚合物以空间位阻作用为主，对电位影响较小；（3）聚电解质以静电位阻作用为主，其对电位的影响介于无机盐和高分子聚合物分散剂之间。3.5 应用性能测定 王晓利,石干,彭西高,等. 硅酸铝浇注料的高温耐磨性. 待发表对存在介质冲刷和磨损的耐火衬体部位，耐磨性是一项重要指标。目前常用的是常温耐磨性测试，无法真实反映高温下材料的耐磨性能。国内某厂家针对此现状，开发了高温耐磨性试验机，用于测定高温下（最高可达1500）耐火材料的耐磨性。图20为国产高温耐磨试验机，表 11为其技
36、术参数。图 20 国产高温耐磨性试验机采用此设备对低水泥浇注料（高铝质浇注料和焦宝石浇注料）进行了高温耐磨性测试，测试温度常温1200，试验结果见图21。可以看出，在试验温度范围内，随温度升高，两种耐磨浇注料高温耐磨性都随之下降。表 11高温耐磨试验机技术参数型 号HAT-14AHAT-15工作压力kPa448喷砂量g10002喷砂时间s45010试样数量连续2块试验温度室温1400室温1500图 21 浇注料磨损量与温度间的关系4 装备技术4.1 自动配料装备不定形耐火材料的生产工艺包括配料和混合两个关键过程。目前配料工序大多数厂家仍采用人工配料，缺点是效率低，容易出错。国内少数企业采用了目
37、前较为先进的自动配料系统进行配料，具有配料精度高、配料精度可控、节省人工、生产效率高等特点。图21为国内某厂家的自动配料系统。该自动配料系统由料仓、给料装置、配料车、高倾角皮带机、信号传输系统、计算机监测和控制系统等组成。 图21 国内某厂家的自动配料系统4.2 搅拌混合装备4.2.1 新型搅拌混合装备混合是不定形耐火材料生产的关键工序。目前不定形耐火材料常用的搅拌机为JW系列强制式搅拌机，对于普通的不定形耐火材料混合效果较好。但对于一些特殊散状耐火材料，如轻质不定形耐火材料、含纤维不定形耐火材料，效果不好。轻质不定形耐火材料中含有密度差异较大的材料，如膨胀珍珠岩和铝酸盐水泥，密度差异10倍以
38、上。含纤维的不定形耐火材料含有少量纤维，如有机纤维、无机纤维、钢纤维、碳纤维等，容易成团不易分散，即使延长搅拌时间也往往达不到理想的效果。国外某公司开发的OM搅拌机，可用于密度差异大，含纤维的不定形耐火材料的混合。图23为OM搅拌机实物图和原理示意图。 图23 OM搅拌机（左图为实物图，右图为原理示意图）Error! Not a valid bookmark self-reference.为OM搅拌机与普通搅拌机的比较。该设备的特点为： 易清扫、易维护 混合搅拌时，物料温度不会上升 可自由选择搅拌速度 不会损伤物料，对脆性物料也不易造成损伤 适合密度相差很大物料的搅拌 适合粘度很大物料的搅拌表
39、 12OM搅拌机与其他搅拌机的比较比较点OM搅拌机其他搅拌机不定形耐火物（普通原料）混合时间1 min充分满足5 min充分满足不定形耐火物（掺入纤维）混合时间1.5 min充分满足5 min通常无法混合不定形耐火物（掺入微量添加物）混合时间1.5 min充分满足15 min满足轻质混凝土（使用轻质骨料）混合时间1.5 min充分满足5 min通常无法混合纤维混凝土（SF、GF、CF等）混合时间3 min充分满足通常无法混合聚酯混凝土清扫时间1人5 min足可以完成23人60 min完成更换原料时的清扫时间1人5 min足可以完成23人30 min完成国内其它行业也有一些特殊的搅拌机可用于不定
40、形耐火材料的混合，如V型混合器和圆锥混合器，见图24所示。混合器的内部装有不锈钢格栅，对普通散状耐火材料、全细粉散状耐火材料和轻质耐火材料混合效果较好，混合无死角。 （左图为V型混合器，中间为V型混合器内部剖面图，右图为圆锥混合器）图24 V型混合器和圆锥混合器4.2.2 连续搅拌混合装备 Shoichi TANIGAWA, Hisaki SUMIMURA. Shortening of Blast Furnace Trough Castable Installation Time by Use of Continuous Mixer. Shinagawa Technical Report, 2
41、008, 51: 95-98缩短施工时间对于现场施工效率的提高非常关键，特别是某些对施工时间要求特别短的场合，如高炉出铁沟的施工等。日本开发了一种可连续混合的搅拌机，并成功应用在高炉出铁沟的施工上，施工时间从原先的90 min缩短到60 min（施工量为5 t渣线料和5 t铁线料）。图25为连续混合搅拌机示意图，图26为出铁沟渣线料（SL）和铁线料（ML）采用不同搅拌机混合后的烘后耐压强度和显气孔率性能对图25 连续混合搅拌机示意图 图26 烘后耐压强度和显气孔率性能对比比，采用了三种搅拌机，分别为普通搅拌机、连续混合搅拌机和改进型连续混合搅拌机。可以看出：连续混合搅拌机的材料性能比普通搅拌机
42、差，其原因在于连续混合搅拌机的搅拌时间较短，因此加水量略高，导致材料性能下降。为此，对连续混合搅拌机进行了以下改进：（1）改进了搅拌装置的结构以提高搅拌效率；（2）材料中分散剂改为易润湿型，可以使浇注料在较短的时间内得到分散。通过这些改进，材料的性能和普通混合机的性能接近甚至稍高一些。4.3 干燥装备 全荣,译. 不定形耐火材料的微波干燥技术. 耐火与石灰. 34(3), 桂明玺,译. 不定形耐火材料的微波干燥. 国外耐火材料. 29(3)不定形耐火材料一般需要加水混合均匀后进行施工，施工衬体在投入运行前要进行烘烤以排出内部的水分。目前烘烤常用的方法为利用煤气或蒸汽管道产生的热量进行加热，加热
43、方式均为外部加热，用热气体做干燥介质，通过热交换激发衬体内部的水分逐步向外排除。干燥过程实际是一个传热传质过程。这种传统的干燥方法使衬体表面温度高于内部温度，而表面水分小于中心水分，衬体由表到里出现温度梯度和湿度梯度，当热气体加热湿冷的衬体时，衬体在临界含水量（衬体干燥收缩停止以前的含水量）以前由于表面水分蒸发过快形成硬皮里外收缩不一致而出现收缩开裂。为了避免这一现象发生，在衬体烘烤前期需缓慢升温并在低温阶段有一定的保温时间（这时衬体表面水分蒸发极其缓慢），待衬体内部温度升高后才逐步与温度较高、湿度较低的气体接触，直至衬体到达临界含水量以后才可用高温低湿气体进行安全脱水。这样就大大延长了衬体的
44、烘烤周期微波干燥是利用水分子（H2O）在微波场环境下能够被激发这一特性，根据场强的不同，微波可以激发衬体内部的水分子产生振荡，随即升温变成水蒸气排出衬体。图27为微波的频率，图28为微波加热原理。图 27微波频率图 28微波加热原理微波干燥与普通干燥在机理上有很大区别。普通干燥时，水分开始从衬体表面蒸发，内部的水分慢慢扩散至表面，加热的推动力是温度梯度，通常需要很高的外部温度来形成所需的温度差（能量由外部传递到物料内部），传质的推动力是物料内部和和物料表面的湿度梯度。在微波干燥过程中，衬体内部产生热量，传质推动力主要是物料内部迅速产生的蒸汽所形成的压力梯度。在开始干燥时，衬体含水量较高，衬体内部的压力很