浇注料流变特性
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混合能与 “ 滞变面积” 之间的关系
（注意加水方法和自流值 ）
加水混合和循环剪切后浇注料的自流值
有约束下的流变行为
有约束下的流变行为
• 所谓有约束下的流变行为，即在有限（约束）的空间内浇注料 的流变行为（如在管道内的流变行为） • 测定时是用图1所示流变仪，增加一个专门的料筒盖，以形成有 限空间 • 用q=0.21, 0.26和 0.31 三种无水泥浇注料进行对比实验
1 2 1 IPS = × − VSA Φ 1 − P0
– 式中 •Φ— 固体载荷(含量)(Solids Loading) •Po— 固体粒子堆积下的气孔率 •VSA— 单位体积表面积
悬浮液中粉料粒度的组成
• 粉料中不同粒度群族的粒度比在 1-10 的悬浮液中，任何粒子与 其相邻的粒子都可能发生碰撞，而使浆体粘度增大，因此水是 唯一的流质 • 粉料中不同粒度群族的粒度比>10, 其中较细的粒子与较大粒子 之间几乎不发生会改变较大粒子运动方向的碰撞，此时计算 IPS值时也可把细粒子与水一起当做流质看待 • 因此采用粒度比>10的双峰粉料可降低悬浮液的粘度，改善流 变性能
浇注料组成与达到转折点时转矩和时间的关系
粗骨料比细骨料浇注料更易达到转折点是与粗骨料的 “ 球磨效应” 有关
无约束下的流变行为
无约束下的流变行为
• 所谓无约束下的流变行为是指在没有空间约束条件下测得的 流变行为。主要测试两组数据：
– 转速（剪切速率）— 转矩（剪切应力）特性曲线，判断浇注料 的流型（见图） – 测定“ 滞变圈” 的面积大小，即对浇注料进行循环剪切（275rpm ），测定转矩值随转速的升高和降低的曲线所包围的面 积大小，据此可判断浇注料的分散状态 （均匀状态）
• 因此在高剪切速率下(有约束空间中) •q=0.26，因IPS小，Φ大，细粒子间移动阻力大，出 现胀性 •q=0.31，因MPT小，骨料间摩擦作用大，出现胀性 •只有q=0=26，IPS与MPT相匹配，呈假塑性，可用作
本文主要论题
• 耐火浇注料用新型流变仪的结构与特点 • 引入新的流变参数MPT与IPS概念 • 介绍了混合机理，粒子间的作用力：范德华力与毛细管 力,“ 液桥” 的作用 • 无约束下的流变行为与有约束下的流变行为
不同ｑ值浇注料加水量与特性参数关系
由浇注料加水量与特性参数关系数据可知
• 在加水量为14%vol水时
q=0.21 基质固体含量Fv (%) 粒间距离IPS (um) 骨料间距离MPT (um) 71.6 0.028 0.588 > < > q=0.26 68.8 0.036 0.439 > < > q=0.31 63.3 0.061 0.305
（Ｂ）二步加水法（１３Ｖ％＋２Ｖ％）
实验结果
• 一步加水法转折点处的转矩值比二步加水法低 • 细基质浇注料转折点处的转矩比粗基质高，这种差距在二步加 水法中的表现比一步加水法明显 • 粗骨料的浇注料达到出现转折点的时间比细骨料早些，采用二 补加水法此现象更明显
悬浮液中两粒子间粘附力与毛细管力吸附层示意图
三种不同粒度的粒子的混合图解
确定耐火浇注料配方的扩展方法学
（延伸研究法）
混合历程及混合机理
混合历程和混合机理
• 耐火浇注料基质粉料是由细粉和微粉组成的，粉体粒子一 般具有自然团聚倾向。粒子发生粘附团聚有两种力在起作 用 • 范德华力 • 有水存在下的毛细管力 • 混合过程主要有三种作用 •打破干粉料中的团聚体 •打破湿料中的团聚体（料坨） •使骨料与基质混合均匀
– Dinger-Funk粒度分布方程
CPFT/100= ( D − D ) /(D − D )
q q S q L q S
– 当DS → 0时即为Andreasen方程 q CPT/100=(D/DL)q q L
CPFT/100= D / D
• 存在问题
– 累积粒度分布与实际粒度分布存在差异 – Andreasen粒度分布中细粉（微粉）量比Dinger-Funk大
剪切曲线与转矩以及浇注料特性参数的 相关性
• 三种浇注料在有约束和无约束条件下，所测得的剪切曲线 与转矩绝对值有关（见下图） • 转矩绝对值差与三种浇注料的特性参数（φ基质 、IPS和 MPT）有关（见下表）
不同q值浇注料在有约束和无约束下所测的转 矩的绝对值差
q = 同结合机理的团聚体理论抗张强度
（粒子间的结合力）
骨料大小与基质粗细对混合过程的影响
• CA和FA分别表示粗和细粉骨料（>100um）
• CM和FM分别表示粗和细基质（<100um）
无水泥浇注料的间断粒度分布曲线和累 计粒度分布曲线
不同加水法的浇注料的混合曲线
（转矩与时间的关系）
（Ａ）一步加水法（１５Ｖ％）
MPT定义与计算式
• 定义 – 骨料表面最大浆体层厚度（Maximum Paste Thickness） – 计算骨料颗粒之间的平均距离 – 基质部分除用于包覆骨料颗粒表面外，有一部分用于充 填骨粒颗粒之间的空隙，最后剩余部分实现骨料之间的 隔离作用 • 计算式 MPT
= 2 VSA 1 1 − ( 1 − P0 V S )
悬浮液体的基本流动模型
宾汉体
屈服值
剪切应力
胀性 宾汉 牛顿 假塑性
假塑性体 牛顿体
粘度
胀性体
剪切速率
剪切速率
一步加水法
四种浇注料循环剪切试验的 “ 滞变圈 ” 曲线
二步加水法
由循环剪切试验的滞变曲线图可知
• 在循环剪切时，一步加水法的泥料其每档转速下对应的转矩值 高于二步加水法 ，而且一步加水法的泥料的 “ 滞变圈” 面积大 于二步加水法的“ 滞变圈” 。说明一步加水法混合过程并没有将 所有团聚体破坏殆尽 • 基质相同时，含粗骨料的浇注料的“ 滞变圈 ” 比含细骨料的大 • 在高速剪切时，细基质的浇注料具有胀性行为，而粗基质的浇 注料具有假塑性行为
实验无水泥浇注料的粒度分布参数
q=0.21, 0.26和0.31的浇注料的混合曲线对比
（表格中为转变点和对应的混合能）
不同q值不同加水量浇注料混合后的流动值
q=0.21 q=0.26
q=0.31
三种浇注料有约束下和无约束下循环剪切曲线对比
（加水量均为１４ｖｏｌ％）
q = 0.21
q = 0.31
q = 0.26
— — — — 有约束 … … … … 无约束
有约束与无约束测定结果对比结论
• 无约束下 •q=0.21，牛顿型流体 •q=0.26，假塑型流体 •q=0.31，高剪切速率下，出现胀性 • 有约束下 •q=0.21，高剪切速率下，出现胀性 •q=0.26，高剪切速率下，塑性流型 •q=0.31，高剪切速率下，出现胀性
耐火浇注料流变特性 研究的新进展
李再耕 王战民 曹喜营
洛阳耐火材料研究院
主要内容
• 测定浇注料流变行为用新型流变仪 • PSD与MPT、 IPS参数 – MPT定义与计算式 – IPS定义与计算式 • 混合历程及混合机理 • 无约束下流变行为 • 有约束下流变行为
测定浇注料流变行为用新 型流变仪
测定浇注料流变行为用流变仪结构
• 2HP的直流电机 • 行星式搅拌器 • 装5kg浇注料的平底料筒 • 电子转速计 • 控制仪表盘
测定粗颗粒 -粉料-水系悬浮液流变行为用流变仪
PSD与MPT、IPS参数
Andreasen与Dinger-Funk粒度分布方程关 系
• Andreasen与Dinger-Funk粒度分布方程关系
– 式中 •VSA为单位体积粗颗粒的表面积（m2/cm3) •VS 为粗颗粒的体积浓度
浇注料(q=0.21, DL=4750um)DS与MPT关 系
浇注料的自流值(%)与MPT(um)的关系
IPS定义与计算式
• IPS定义 – InterParticle Spacing，简称 IPS – 与MPT的含义相似 – IPS是指基质悬浮液中，粒子间的平均距离是评价悬浮 液粘度参数 • 计算式
上述现象与在有液体存在时两个粒子间存在的作用力 （范德华力和毛细管力）有关
计算所得浇注料的IPS值和MPT值
（15vol%水）
由粒子间分散距离（IPS）模型推知
• 粒子愈细 ? 表面积愈大 ? 絮凝趋势愈大 • 根据IPS模型计算：同样的含水量，细基质的粒子间距离 比粗基质小，见上图 • 粒子愈细 ? 粒子间“ 液桥” 愈多 ? 抗剪切力愈大（毛细管 力愈大）
