硅溶胶结合浇注料的特性及工业应用
彭云涛熊继全夏昌勇毛雪松
中冶武汉冶金建筑研究院有限公司工业炉所湖北武汉430081
摘要：以致密刚玉和莫来石为骨料，白刚玉粉、矾土粉及α-Al2O3(≤0.043 mm)微粉为细粉，研制了采用硅溶胶及复合外加剂作结合剂的耐火浇注料，该浇注料制成的试样分别经800 ℃×3 h、1100 ℃ ×3 h和1 400 ℃×3 h热处理后，检测各试样相应的理化指标。结果表明：硅溶胶结合浇注料经1100 ℃×3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到14.6和122.4MPa；经1100 ℃水冷热震性能测试达到100次以上，在热震测试100次后，试样基本没有出现裂纹，测试其耐压强度损失率仅为18.7%；同时该浇注料还可进行快速烘烤和良好的高温施工性能，简化了干燥和烘烤工艺，有效的缩短了施工养护时间、烘烤时间和钢厂高炉的休风时间，从而提高钢厂经济效益。
关键词：硅溶胶，热震稳定性，抗冲刷—侵蚀性，快速烘烤性，高温施工性
The characteristics and applications of sol bonded castables
Xiong Jiquan Peng Y untao Xie Dayong
Wuhan Metallurgical Construction Co., Ltd., MCC Group, Wuhan 430081, Hubei, China
Abstract: Refractory castables bonded with silica sol and additions were investigated in the work. The castables comprised of dense corundum and mullite as aggregates and, the mix of white corundum powder, bauxite powder and α-Al2O3 (≤0.043 mm) powder as fines. Physical-chemical properties were measured after such castables were heated at 800 ℃, 1 100 ℃ and 1 400 ℃ with a soaking time of 3 h. The results showed that the cold crushing strength (C.C.S) and cold modulus of rupture (C.M.O.R) of silica-sol bonded castables heated at 1100 ℃ reached 14.6 MPa and 122.4 MPa, respectively; nearly no crack was observed on such castables after suffering from 100 times water-cooled thermal shock cycles, and the loss rate of C.C.S is only 18.7%. This kind of castables were proven to simplify the drying & baking techniques, reduce the curing time and baking time of castables as well as delay time of blast furnace effectively, resulting increasing economic benefits of steel plants.
Key words: silica sol; thermal shock resistance; erosion resistance; rapid baking; high-temperature construction
1．溶胶浇注料的特性
硅溶胶是粒径从几纳米到数十纳米的多聚硅酸分散体系[1]，溶胶粒子内部结构为硅氧烷（一Si一O一Si 一)网络，表面层由许多硅烷醇基(一SiOH)和羟基(—OH)所覆盖。当硅溶胶与Al2O3微粉混合时，胶体粒子可吸附在Al2O3颗粒表面，形成单层饱和分布，同时填充于Al2O3颗粒间隙，因此分散性、渗透性较好。通过干燥或烧结处理，胶体粒子以化学健（Si一O一Si)相结合，形成稳定的空间网络结构，将Al2O3颗粒牢固结合在一起，并在Al2O3颗粒表面形成纳米包覆的微复合结构[2]。同时硅溶胶覆盖在固体表面能形成牢固的硅胶薄膜[3]，从而增强材料的粘结、固化和成型。经实验总结分析该材料具有如下特性：
1.无需养护便可快速烘烤：溶胶结合浇注料是胶体凝胶而产生结合耐火材料，溶胶凝胶受PH值影响较大，调节PH值可有效的控制材料满足施工要求的固化时间。材料内部水化结晶，因成型时产生的一些微气孔便可有效的排出材料内部快速烘烤时产生的水蒸气。
2. 良好体积稳定性及抗热震稳定性[4]：经大量实验验证，溶胶结合材料在800℃×3h烧后线变化基本为零，1400℃×3h烧后线变化率仅在+0.2 %左右。这很好的满足了钢铁生产中对耐火材料体积的最高要求，同时我们对干燥后70 mm×70 mm×70 mm 的试样进行了1100℃⇌水冷抗热震性的对比测试。以水泥结合的试样经四十几次热震循环就完全开裂，而溶胶结合的热震循环100次后基本没有出现裂纹，把经热震100次后的试样110℃烘干后，测试其耐压强度，多次结果表明，溶胶结合的材料耐压强度保持率在80%(热震100后的耐压强度与热震前耐压强度的比值×100%)以上。
3. 良好抗CO侵蚀性能[5]：为了直接体现溶胶结合耐火浇注料的抗CO侵蚀性能的优越性，我们用传统的水泥结合耐火浇注料与溶胶结合浇注料进行了对比，把两种形同材质的浇注料同时放入到纯CO气氛中进行500℃的连续热处理，其结果是：水泥结合的浇注料在经热处理50 h后试样就破裂为两半，100 h后试样出现一处大块剥落，有大颗粒碳沉积，150 h后出现数处裂纹，200 h有大块剥落，多处出现裂纹，表明其已受CO严重侵蚀。而溶胶结合的浇注料50 h后试样表面出现一处碳沉积，100 h后试样表面出现一片剥落，而150h 仅有出现几处开裂，而200h后试样整体变黑，碳黑沉积在试样的各个气孔中，试样从表面到内部仅受到严重的蚀损。
