目前，煉鐵廠所用澆注料大多數(shù)為水泥及低水泥結(jié)合高鋁澆注料。這些澆注料成型固化后一般還需養(yǎng)護(hù)2~3d，拆模后一般還需烘爐7d。為了追求高爐的高效化與長壽化，需要對爐體進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)，這是水泥、樹脂和焦油結(jié)合材料都無法滿足的，因為水泥結(jié)合材料需要足夠的水分和養(yǎng)護(hù)時間才能有良好的使用性能，而樹脂和焦油結(jié)合材料在熱態(tài)施工過程中產(chǎn)生有害氣體。為此，以硅溶膠為結(jié)合劑研制了高爐熱態(tài)修補(bǔ)用剛玉—莫來石快干澆注料。
1 性能檢測
1.1 試樣制備及性能檢測方法
研制硅溶膠結(jié)合剛玉—莫來石澆注料所用的主要原料有：w（Al2O3）≥98.0%的致密剛玉骨料和w（Al2O3）≥60%的合成莫來石骨料（粒度均為8~5、5~3、3~1及≤1mm），w（Al2O3）≥99.40%的白剛玉粉和w（Al2O3）≥60%的礬土粉（粒度均≤0.043mm），以及α—Al2O3微粉、硅溶膠結(jié)合劑、復(fù)合添加劑。原料的化學(xué)組成見表1。
研制澆注料的配料組成（w）為：致密剛玉30%，莫來石30%，剛玉粉10%，α—Al2O3微粉6%，礬土粉19%，復(fù)合添加劑5%，硅溶膠10%（外加）。
表1 原料的化學(xué)組成
按上述配料組成配制一定量的試驗料，攪拌均勻后按常規(guī)方法振動澆注成40mm×40mm×160mm和70mm×70mm×70mm的試樣（通過調(diào)整固化劑用量，使試樣在90~150min內(nèi)固化），自然放置12h后脫模，脫模后在烘箱中于110℃干燥24h；另外，模擬高爐熱態(tài)修補(bǔ)工況，將攪拌好的澆注料在經(jīng)加熱爐加熱至500℃的40mm×40mm×160mm模具內(nèi)澆注成型，然后帶模放入烘箱中，于110℃烘烤約100min后脫模，脫模后再于110℃烘烤24h。將上述兩種方式成型的試樣分別在815、1100℃和1400℃保溫3h熱處理。
取以兩種方式成型并經(jīng)不同溫度熱處理后的40mm×40mm×160mm的試樣，分別按GB/T2997—2000，GB/T5988—2004、GB/T3001—2000和GB/T5072.2—2004檢測其體積密度、加熱永久線變化、常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度。對常溫澆注成型、110℃干燥后的70mm×70mm×70mm的試樣，按GB/T17617—1998進(jìn)行抗熱震試驗（1100℃，水冷），并與礬土水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料試樣進(jìn)行對比。對部分試樣進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)和能譜分析。
1.1 結(jié)果與討論
1.2.1常溫型試樣的性能
常溫下澆注成型的硅溶膠結(jié)合該剛玉—莫來石澆注料試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能見表2。可以看出：烘干后試樣的常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度與普通低水泥高鋁澆注料的相當(dāng)；815℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度比烘干后的顯著增大，并且隨著熱處理溫度的繼續(xù)升高而繼續(xù)增大，但1400℃熱處理后試樣的性能指標(biāo)與1100℃熱處理后的差別不大。
表2 常溫成型試樣經(jīng)不同溫度熱處理后的性能
硅溶膠為幾納米到數(shù)十納米的SiO2顆粒的水系分散體系，粘度較低，在澆注料中具有很好的分散性和滲透性。當(dāng)硅溶膠在固化劑作用下發(fā)生膠凝時，納米SiO2粒子表面的硅烷醇基團(tuán)發(fā)生聚合反應(yīng)；在隨后的干燥失水過程中，SiO2粒子進(jìn)一步發(fā)生聚合，將基質(zhì)細(xì)粉和微粉顆粒牢固地結(jié)合在一起。因此，硅溶膠結(jié)合剛玉—莫來石澆注料試樣具有較高的烘干強(qiáng)度。
由于來自硅溶膠中的SiO2的反應(yīng)活性極高，并且與活性a-Al2O3等顆粒充分接觸，降低了它與基質(zhì)中a-Al2O3等顆粒發(fā)生反應(yīng)的溫度，使材料在較低的溫度下就發(fā)生燒結(jié)，從而使材料在中溫處理后的強(qiáng)度比烘干后的大，而不像水泥結(jié)合澆注料那樣中溫處理后因水泥水化物的分解其強(qiáng)度反而下降。1 400℃熱處理后試樣的性能指標(biāo)與1100℃熱處理后的差別不大，表明試樣在1100℃已形成較好的燒結(jié)。
抗熱震試驗發(fā)現(xiàn)：常溫澆注成型的硅溶膠結(jié)合剛玉-莫來石試樣熱震循環(huán)（1100 °C，水冷）100次后基本上沒有出現(xiàn)裂紋，熱震后試樣在110℃烘干24h后其常溫耐壓強(qiáng)度在100MPa以上，耐壓強(qiáng)度損失率僅為18.7%；而礬土水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料試樣熱震循環(huán)（1100℃，水冷）49次后就完全開裂。
