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剛玉澆注料因其良好的高溫性能和耐磨性在大中型干法水泥回轉(zhuǎn)窯窯口、噴煤管等部分得到廣泛 應(yīng)用。近年來，隨著水泥窯產(chǎn)量的增加，以及工業(yè)廢棄物、生活垃圾作為替代燃料在水泥生產(chǎn)中的逐漸應(yīng)用，水泥窯內(nèi)堿蒸氣等有害物質(zhì)富集程度增加，堿蒸氣侵蝕加劇了澆注料剝落、掉塊現(xiàn)象，降低了其使用壽命。因此，提升剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能已成為一項(xiàng)迫切需要解決的問題。 針對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯窯口等部位剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能不能滿足替代燃料應(yīng)用的問題，以鋰輝石粉 ( ≤0.044 mm) 、SiO2 微粉、Al2O3 微粉( ≤2 μm) 及助熔劑鉀長石粉( ≤0.044 mm) 為原料，分別按 SiO2、Al2O3的物質(zhì)的量比為 4、6、8 和 10 配料，加入 60% ( w) 水共磨制備出 Li2O－Al2O3－SiO2 系釉漿，對(duì)剛玉澆注料浸漬上釉后，于1400 ℃保溫3 h熱處理制備涂釉剛玉澆注料。分析了釉料的熔化特性及影響剛玉澆注料表面成釉質(zhì)量的因素，并對(duì)涂釉后的剛玉澆注料進(jìn)行抗堿侵蝕試驗(yàn)，探討了釉層對(duì)剛玉澆注料抗堿侵蝕性能的影響。結(jié)果表明:隨著SiO2、Al2O3的物質(zhì)的量比的增加，釉料在成釉溫度時(shí)的液相增多和黏度增大，釉面質(zhì)量主要與釉料 在成釉溫度時(shí)的液相量及黏度有關(guān); 設(shè)計(jì)的釉料可以成功制備出釉層鋪展均勻、坯釉結(jié)合良好的含釉澆注料，SiO2、Al2O3的物質(zhì)的量比為6和8的釉料在剛玉澆注料表面施釉后，可以封閉澆注料表面的氣孔并降低其顯氣孔率，顯著阻隔了堿蒸氣向澆注料內(nèi)部的滲透，明顯提高了剛玉澆注料的抗堿侵蝕性能。 釉作為附著于陶瓷等基體表面的一種連續(xù)的玻璃層或玻璃體與晶體的混合層，具有高的致密性，能夠有效阻止侵蝕介質(zhì)進(jìn)入基體，在提升基體抗?jié)B透與侵蝕性方面具有重要作用。 Li2O－MgO－Al2O3－SiO2系高溫低膨脹釉，利用其封堵 焦?fàn)t爐門堇青石磚表面絕大部分開口氣孔，從而有效 阻止了煉焦所產(chǎn)生的有害物質(zhì)( 焦?fàn)t煤氣、焦油、硫酸 鹽及氨類) 向磚內(nèi)的滲透和侵蝕。基于此，本工作中 擬從水泥窯窯口剛玉澆注料的實(shí)際使用條件出發(fā)，選 擇具有低膨脹系數(shù)的 Li2O－Al2O3 －SiO2 系高溫釉，根 據(jù)賽格爾陶瓷釉始熔溫度經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)釉料組成，采 用一次燒成法制備含釉剛玉澆注料，并研究高溫釉層 對(duì)澆注料抗堿侵蝕性能的影響。 一 釉組分設(shè)計(jì) 本工作中所涉及的釉必須能在窯口溫度下正常使用而不熔化滴落，能與基體良好結(jié)合且不發(fā)生開裂和剝落。鑒于回轉(zhuǎn)窯前窯口溫度一般在1400 ℃左右，本工作中釉料的始熔溫度選擇為 1 350 ℃，釉組成 選擇具有低膨脹系數(shù)的 Li2O－Al2O3－SiO2 體系。制備釉料所選用的主要原料有鋰輝石粉( ≤0.044 mm) 、 SiO2 微粉( Elkem，951) 、Al2O3 微粉( ≤2 μm) 和助熔劑鉀長石粉( ≤0． 044 mm) ，將所需原料按照釉配比嚴(yán)格配料，加入 60% ( w) 的水，于行星式球磨機(jī)中共磨 1 h( 球磨介質(zhì)為鋯球， 料、球質(zhì)量比為 1 3) ，制成均勻釉料待用。 1.1 涂釉剛玉澆注料的制備 剛玉澆注料的配比(w)為: 5～3 mm板狀剛玉24%，3～1 mm 板狀剛玉28% ，≤1 mm 板 狀 剛 玉18%，≤0.074 mm 板狀剛玉13% ，≤0．045 mm 板狀剛玉6% ，α-Al2O3微粉( 2μm) 6% ，鋁酸鈣水泥( Secar 71) 5% ，外加劑0.1%。按配比配料于水泥膠砂攪拌機(jī)中先干混3 min，再外加 4% ～ 5% ( w) 水濕混 2 min，然后在 160 mm × 40 mm × 40 mm 三聯(lián)模 具中振動(dòng)成型，自然養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，再于恒溫干燥箱中 110 ℃保溫 24 h。將自然冷卻的澆注料試樣表面處理干凈，浸入釉漿中上釉，然后用軟毛刷將不足之處補(bǔ)刷，形成一層 約 1 mm 厚度的均勻釉層。將涂釉后的澆注料于 110 ℃恒溫干燥箱中烘干，1400 ℃保溫3h熱處理。為了使釉層能夠在澆注料表面均勻鋪展，升溫制度為: 25～500℃，10℃· min － 1 500 ～ 800 ℃，5 ℃·min － 1 ; 800 ～ 1100 ℃，3 ℃·min － 1 ; 1100～1 400℃，2℃·min－ 1 。 1．2性能表征 將按釉料配比配制的原料混合均勻，壓制成 3 mm×3mm試樣，利用高溫物性分析儀記錄不同釉料試樣高度隨溫度的變化( 試驗(yàn)基板為剛玉質(zhì)基板) 以及軟化點(diǎn)、半球點(diǎn)。 將熱處理后的試樣分別按照 GB /T 3001—2007、 GB /T 2997—2000 檢測(cè)未涂釉試樣與涂釉試樣的常 溫抗折強(qiáng)度、體積密度和顯氣孔率。 靜態(tài)抗堿侵蝕試驗(yàn): 將涂釉澆注料試樣與未涂釉 澆注料試樣切割成 40 mm×40mm×40mm立方體小樣(切割后涂釉試樣有一面無釉)，堿侵蝕介 質(zhì)為 K2CO3和炭黑( N774) 的混合物，m( K2CO3 )m(炭黑)=1; 然后將試樣置于石墨坩堝中，用m( K2CO3) m(炭黑)=1的混合物包埋,再將石墨坩堝放入匣缽中并用焦炭掩埋。在1000 ℃下熱處理3h 后觀察試樣剖面的滲透狀況采用 Nova 400 Nano SEM 場(chǎng)發(fā)射 掃描電子顯微鏡觀察試樣的侵蝕狀況，并采用能譜儀 分析含釉試樣基體中元素相對(duì)含量的變化。 二 釉層對(duì)剛玉澆注料抗堿侵蝕性能的影響 在剛玉澆注料表面選擇涂覆釉并進(jìn)行性能對(duì)比研究。得出了未涂釉和分別涂覆釉澆注料的體積密度、顯氣孔率和抗折強(qiáng)度。與未涂釉試樣相比，涂釉試樣體積密度略有增加，顯氣孔率明顯下降，而且抗折強(qiáng)度也有一定程度增加。釉的引入不僅封閉了澆注料表面的氣孔，而且很可能起到類似助燒劑作用，促進(jìn)了澆注料的燒結(jié)，提升了其抗折強(qiáng)度。 未涂釉和涂覆釉的試樣經(jīng)抗堿試驗(yàn)后。可以看出，未涂釉試樣在經(jīng)過抗堿試驗(yàn)后顏色變化明顯，邊緣部分顏色變黑，可能是高SiO2、Al2O3物質(zhì)的量比釉料仍保持較高的液相量。 與此同時(shí)，隨著釉料與基體反應(yīng)量的增加，體系中液相的黏度均呈下降趨勢(shì)。液相黏度下降可能與兩方面的原因有關(guān): 一是原有液相中部分 SiO2 組分與基體中 Al2O3 反應(yīng)析出莫來石相，降低了 SiO2 組分相對(duì) 含量; 二是基體中 CaO 組分熔入液相中降低了液相黏 度。釉料與基體存在一定程度反應(yīng)，提高了釉料與基體的結(jié)合程度，并且釉料中液相黏度的降低有利于其在基體表面鋪展。總的來說，本工作中所設(shè)計(jì)的高溫 釉體系中的釉面質(zhì)量主要與釉料自身在成釉溫度下的液相量及液相黏度有關(guān)。 抗堿試驗(yàn)后未涂釉試樣的顯微結(jié)構(gòu)K元素分布圖及裂紋處的能譜圖。可以看出，未涂釉試樣侵蝕后結(jié)構(gòu)較為致密，剛玉骨料與基質(zhì)的界面難以辨認(rèn)，幾乎觀察不到常規(guī)澆注料中氣孔的存在，局部區(qū)域出現(xiàn)裂紋。這一現(xiàn)象與鋁碳材料遭受堿侵蝕較為類似。能譜面掃描發(fā)現(xiàn)，視域范圍內(nèi)K元素均勻分布在澆注料內(nèi)部，這表明K元素在澆注料的滲透很嚴(yán)重。裂紋附近的能譜分析表明，其主要是 Al、O、K 元素，K 元素含量高達(dá) 7．5% 。Al2O3與K2O反應(yīng)主要生成 KAlO2，理論上會(huì)產(chǎn)生 27.8%的體積膨脹; 高溫下Al2O3與K2O反應(yīng)還可能生成 KAl9O14，在冷卻過程中會(huì)轉(zhuǎn)變成 KAl12O19，從而帶 來一定的體積變化，這些很可能是裂紋產(chǎn)生的原因。Si 和 K 元素主要存在于 表面釉層中，僅有少量擴(kuò)散進(jìn)入澆注料內(nèi)部，這說明 釉層的存在極大地阻隔了堿侵蝕物向材料內(nèi)部的滲 透，從而提高了剛玉澆注料的抗侵蝕性能。 三 結(jié)論 設(shè)計(jì)的釉料可以成功制備出釉層鋪展均勻、 坯釉結(jié)合良好的含釉澆注料，SiO2、Al2O3 的物質(zhì)的量比為6和8的釉料在剛玉澆注料表面施釉后，可以封閉澆注料表面的氣孔并降低其顯氣孔率，顯著阻隔了 堿蒸氣向澆注料內(nèi)部的滲透，明顯提高了剛玉澆注料 的抗堿侵蝕性能。 |
