刚玉浇注料是用刚玉作骨料和粉料,铝酸钙水泥作结合剂,添加少量外加剂,加水混合搅拌后,经振动成型、养护、干燥而成的衬体或预制件。
铝酸钙水泥是用烧结法或电熔法生产的熟料,经磨细而制成的水硬性胶凝材料,是刚玉浇注料良好的结合剂或外加剂。铝酸钙水泥国家标准GB 201—2000中规定其代号为CA,按Al203含量分为四类,即CA-50,CA一60,CA一70,CA一80。刚玉浇注料主要用CA一70,CA一80和电熔铝酸钙水泥。化学合成高纯铝酸钙水泥也适合刚玉浇注料。
刚玉材料是刚玉浇注料的主体,选择何种刚玉作骨料和粉料十分重要。首先要看浇注料的用途及性能要求。白刚玉、致密刚玉、高纯烧结刚玉、板状刚玉等由于纯度高、杂质少,所以耐火性能指标高。而用天然原料生产的棕刚玉,矾土烧结刚玉等由于杂质含量高,Al2O3含量偏低,耐火性能指标要差些。特别是含有SiO。等杂质的骨料易与水泥中钙反应,形成低熔点玻璃相,高温强度差。但用天然原料生产的刚玉材料价格便宜,从经济学角度来看,要根据使用条件,选择合适的刚玉材料作骨料和粉料。如用亚白刚玉替代致密刚玉的刚玉质铁沟浇注料,在宝钢大型高炉出铁沟使用结果相当,可是亚白刚玉成本仅是致密刚玉的36.6%。
电熔法和烧结法生产的刚玉性质也不一样。电熔刚玉表面光滑;而烧结刚玉,板状刚玉颗粒表面有些粗糙,与结合剂容易比较牢固的结合。用高温(1900℃)煅烧的烧结刚玉做骨料比电熔刚玉浇注料强度高,而且变形也小。
用电熔棕刚玉、白刚玉、致密刚玉、烧结板状刚玉及板状刚玉与致密刚玉复合做骨料,进行常温及高温试验得出:板状刚玉试样的强度最高,而致密刚玉的体积密度高,显气孔率低,抗侵蚀性好,而棕刚玉试样抗侵蚀最差。板状刚玉试样及板状刚玉与致密刚玉复合试样的抗热震性好,而棕刚玉试样较差。白刚玉试样的各项指标都比较差。因此,生产纯度高,强度和抗热震性好的浇注料,应该选择板状氧化铝作骨料和粉料。因为板状刚玉含Al203 99%以上,Si02等杂质含量非常少,刚玉晶体具有板片状结构,颗粒呈棱角状,显气孔率低,且均匀,有很小的封闭气孔,但不贯通,有很好的颗粒强度。
刚玉骨料临界颗粒的大小,一般是根据浇注衬体的厚度及预制件的大小来确定的,衬体厚度或预制件越大,临界颗粒越大,有的临界颗粒为20 mrn,不过比较普遍的为8~10 mm。当颗粒级配达到最紧密堆积时,浇注料用水量最少,流动性好,气孔率低,强度高。
刚玉类型及颗粒形状不同,对浇注料的紧密堆积及流动性也有较大影响。CA一80水泥结合刚玉浇注料,最高使用温度可达1800℃,是当前应用较多的一种浇注料,一般用于炉窑和热工设备的特殊部位。
在配制浇注料时,均掺加适量的减水剂,提高和易性与使用性能。刚玉浇注料的荷重软化开始温度大于1400℃,热震稳定性一般大于30次(850℃≠水冷),热导率约1.28 W/(m.K)。
由于原料纯度高,杂质少,具有良好的抗渣性。电熔铝酸钙水泥浇注料应在潮湿的环境中自然养护,或在温度20±3℃和湿度大于90%的条件下标准养护,不宜放到水中养护。电熔铝酸钙刚玉质浇注料具有快硬早强、纯度高、耐火性能及体积稳定性好、强度高、耐磨和抗剥落等优点,广泛用于高炉热风围管,炉外精炼浸渍管(吸嘴)及各种炉窑的高温重点部位。
纯铝酸钙水泥主要用做耐火浇注料和耐火喷涂料的结合剂。在选择和使用这种材料时应注意如下:
(1)CaO含量较高的水泥结合的耐火浇注料,往往凝结、硬化的速度较快,早期强度较高。但同时使材料的高温性能下降,如高温强度、荷重软化温度较低等。
(2)A12O3含量较高的水泥结合的耐火浇注料,高温性能较好,但凝结硬化时间较长,早期强度较低。
(3)纯铝酸钙水泥结合耐火浇注料的中温强度较低。可采用低水泥耐火浇注料的原理配料或加入适宜的外加剂等方法,使中温强度提高。
刚玉粉料是浇注料配料的重要组成部分,前面提到圆形颗粒粉料的作用,而刚玉类型不同的粉料对浇注料性能影响很大。如用板状刚玉作粉料,浇注料的热震稳定性提高;电熔刚玉作粉料,线变化率减小。粉料愈细,浇注料性能愈好。采用超细粉时,浇注料的体积密度、强度显著提高,水泥用量减少。刚玉粉的配料3号,减水约0.30。而5~3 mm颗粒部分用圆形颗粒替代的配料4号,几乎未见减水效果。而5~3 mm,3~1 mm,1n0 mm部分都用圆形颗粒的配料5号,减水约1%,减水效果最好。因此得出氧化铝圆形颗粒具有提高流动性的效果。
(4)纯铝酸钙水泥切忌与硅酸盐水泥、石灰等能析出Ca(OH)。的胶凝物质混合,也不得用于与碱性溶液接触的工程。
(5)养护条件应根据所选用水泥的凝结硬化特性确定,一般不宜在较高温度和湿度下养护。
(6)浇注体硬化并经养护达到足够的强度时,再进行烘烤。烘烤加热速度要适当,便于水分逐渐排出。