含CA6-MA轻质骨料的Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料的性能优化

摘要

轻质耐火材料尤其是高性能轻质不定形耐火材料对于满足苛刻使用条件下的隔热保温和使用安全性十分需要。满足特定用途的新型轻质原料及其浇注料成为耐火材料领域研发的热点。六铝酸钙基耐火材料以其良好的抗高温性、抗还原气氛和抗碱性而受到重视。合成六铝酸钙和尖晶石复合的轻质骨料及用以制备Al2O3-CaO-MgO系隔热浇注料是轻质耐火材料的一种新尝试，其组成、显微结构和性能的优化十分必要。本文开展了CA6：MA质量比为7：3的CA6-MA轻质合成料及以其为骨料的Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料的性能优化研究。
　　本研究主要内容包括：⑴针对以往合成CA6-MA轻质料主要采用固体起始物料时CaO和 MgO分散度有限之不足，尝试了以可溶性盐CaCl2和MgCl2·6H2O分别替代碳酸钙和菱镁矿作为CaO和MgO源，研究了其对CA6-MA轻质料的体积密度、强度和显微结构的影响。CaCl2和 MgCl2·6H2O受热分解后参与目标物相的生成反应。当部分或全部替代碳酸钙、碳酸镁后，均可制得具有微孔结构的 CA6-MA轻质料。随着这两种盐加入量的增加，轻质料的体积密度下降，显气孔率增加。当MgCl2·6H2O加入量为9％时，经1450℃×3h烧制而得轻质料的体积密度为1.05g/cm3，平均孔径为0.7μm；当CaCl2加入量为7%时，体积密度为1.10g/cm3，平均孔径为0.9μm。可溶盐加入量的变化明显改变了料的显微结构。由MgCl2·6H2O和CaCl2分别引入的MgO和CaO分散更均匀，受热分解后可形成弥散的的细达纳米级气孔，阻碍了固相传质，材料不易烧结，有利于合成料保持高温下的低体积密度和隔热性。⑵针对CA6-MA轻质料强度较低的问题，对比研究了四种煅烧制度的影响，即1450℃×3h，1600℃×0h、0.25h和0.5h对合成料体积密度及强度的影响。煅烧温度的提高对强度改善有利。与 MgCl2·6H2O相比，引入 CaCl2更有利于提高轻质料在高温下的体积稳定性，且随其加入量提高，体积密度自1450℃×3h到1600℃×0.5h时的增加率逐渐降低。通过以 CaCl2替代碳酸钙，可较好解决高温烧后强度和抑制体积密度增加难以兼顾的矛盾，可在较高温度下烧制体密较低而强度有所提高的CA6-MA轻质料。当钙源完全用CaCl2时，料的耐高温性明显提高。⑶为适当减少集中分解并促进烧结，以α-Al2O3微粉代替部分Al(OH)3以达到高的强度，同时添加适量烧失物以达到低体积密度。当α-Al2O3微粉引入量为25%，烧失物加入量为20%时，经1450℃×3h煅烧，可制得体积密度为1.08g/cm3，强度指数为92%，以 CA6和 MA为主晶相，含少量刚玉相的 CA6-MA轻质微孔料，比原同组成轻质料的强度有显著提高。以强度改进后的配方和工艺参数批量生产了CA6-MA轻质料，用其作骨料制备了 Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料。⑷在含有36%的CA6-MA轻质骨料的浇注料中，研究了纯铝酸钙水泥加入量分别为4%、6%、8%和10%时浇注料的体积密度、强度及其他性能，发现适宜的水泥加入量为6~8%。针对所制轻质浇注料体积密度偏大的问题，在基质中引入可分解的氧化物前驱物。在含有42%的CA6-MA轻质骨料、8%水泥、1.1%CaCO3和3.9%MgCO3的轻质浇注料中，对比了 Al(OH)3加入量分别为0、1%、3%和5%时浇注料的各性能。引入可分解前驱物有助实现基质微孔化，受热后发生的原位反应也有利于轻质浇注料的性能。当氢氧化铝加入量为3%时，浇注料1600℃烧后的体积密度为1.48g/cm3，常温耐压强度为14MPa，常温抗折强度为5.2MPa。与前期工作所得对应的1.51g/cm3，7.3MPa和2.7MPa相比，浇注料的性能有显著改进。

目录

引言

第1章 文献综述

1.1不定形耐火材料的发展方向

1.2轻质浇注料

1.3轻质浇注料的隔热原理

1.4六铝酸钙

1.5镁铝尖晶石

1.6CA6-MA轻质骨料及Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料

1.7研究内容

1.8研究目的与意义

第2章 实验过程及性能检测

2.1原料的选择

2.2试样制备

2.3检测内容与方法

第3章 MgCl2·6H2O和CaCl2对CA6-MA轻质骨料性能的影响

3.1实验

3.2CA6-MA轻质骨料的试样制备

3.3实验结果与分析

3.4小结

第4章 高温快烧对CA6-MA轻质骨料的性能影响

4.1实验方案

4.2性能检测结果与分析

4.3小结

第5章 缓解集中分解法对CA6-MA轻质骨料的性能影响

5.1实验原理

5.2实验配方

5.3实验结果与分析

5.4小结

第6章 纯铝酸钙水泥加入量对Al2O3-CaO-MgO浇注料的性能影响

6.1实验方案

6.2实验结果与分析

6.3小结

第7章 氢氧化铝加入量对Al2O3-CaO-MgO浇注料的性能影响

7.1实验结果及分析

7.2小结

第8章 结论及对今后工作的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果