碱性耐火浇注料的抗渗透性问题

01.前沿概述

碱性耐火浇注料是耐火浇注料技术的进步和发展。当今，碱性耐火浇注料有镁质耐火浇注料、镁铬(MgO-Spinel)耐火浇注料、镁铝(MgO-Spinel)耐火浇注料、镁锆耐火浇注料、镁铝锆(MgO-Spinel-ZrO₂)耐火浇注料、镁铝钛[MgO-Spinel(Ti)]耐火浇注料和MgO-CaO耐火浇注料等。通常，碱性耐火浇注料的配方按超低水泥(超微粉，CAC为促凝剂)结合或者无水泥(超微粉)结合设计，而低水泥(CAC+超微粉)结合设计的情况比较少见。

02.解决的几大问题

(1)足够的可用时间。

(2)干燥期间碱性细粉不发生水化作用。

(3)在多次热循环的情况下体积稳定性好。

(4)在使用过程中熔渣渗透少。

(5)与碱性铁素体(含铁氧化物熔渣)接触时不发生结构剥落。

碱性耐火浇注料除了水化问题外(关于碱性耐火浇注料抗水化的问题及抑制方法在以前的文章里有解释过)，另一重要问题就是抗熔渣渗透能力低。

对此，曾经研究过加入SiO₂、Al2O₃、Cr₂O₃、ZrO₂·SiO₂等,以提高材料抗熔渣渗透的能力。结果表明，ZrO₂·SiO₂对抗熔渣渗透的能力最大。然而，却存在侵蚀大的问题，为此,有人向富含MgO的碱性耐火浇注料中并用A1₂O₃+TiO₂,以生成镁钛尖晶石固溶体[Spinel(Ti)ss]为结合相的[MgO-Spinel(Ti)ss]材料。这类材料也属于Spinel结合的MgO-Spinel耐火浇注料范畴(烧成后)。

许多研究者观察到一个重要事实：在耐火浇注料中添加Spinel细粉有利于提高抗熔渣渗透的能力。并且也发现，所添加的Spinel颗粒越细、越均匀就越有可能限制熔渣渗透。不过，即使是非常细的预合成Spinel细粉,也比原位反应形成的Spinel大得多。正如图1所表明的：含预合成Spinel细粉的耐火浇注料在防止熔渣渗透进入基质的作用不会太大，而原位Spinel却能有效地限制熔渣渗透。这一结果在碱性耐火浇注料的应用中也得到了同样的结论。

图1 原位Spinel和预合成Spinel抗渣渗透的比较

a-预合成尖晶石添加物;b-原位生成尖晶石

另外，为了控制熔渣向碱性耐火浇注料中基质的渗透，也可以通过提高熔渣黏度来实现，细粉SiO₂和A1₂O₃都有提高熔渣黏度的作用(图2)。考虑到碱性耐火浇注料同熔融金属的反应性和抗碱性熔渣的侵蚀性，则需要限制SiO₂的添加量。以uf-SiO₂为结合剂的碱性耐火浇注料就更是如此，虽然降低了熔渣的渗透，但却增加了侵蚀。在这种情况下，便可并用uf-Al₂O₃来平衡材料的抗侵蚀性和抗渗透性，如图3所示。该图表明：当熔融SiO₂(中颗粒)配入量为4%,uf-Al₂O₃配入量不小于5%时，就可以使镁质耐火浇注料具有较佳的抗侵蚀性能和抗渗透性能。

图2 渣的黏度

(1700℃，侵蚀剂：50%CaO,17%SiO₂,22%Al₂O₃,10%FeO)

图3 渣试验结果