MKP结合高铝质耐火浇注料的性能研究

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【试验研究】

ＭＫＰ结合高铝质耐火浇注料的性能研究

谢晓丽１，严 云１，２，胡志华１，２

（１．西南科技大学材料学院，四川　绵阳 ６２１０１０；２．先进建筑材料四川省重点实验室，四川　绵阳 ６２１０１０）

摘要：研究了以氧化镁和磷酸二氢钾反应所得的镁质磷酸盐水泥胶凝材料（ＭＫＰ）为结合剂的高铝质浇注料的性能及影响该浇注料性能的诸因素。探索性研究发现：硅灰的用量是该浇注料体系８５０℃和１　１００℃强度的主要影响因素，ＭＫＰ胶凝体系的用量是１１０℃强度的主要决定因素，而１　１００℃的线收缩率的主要影响因素是氧化镁和磷酸二氢钾的摩尔比值。并且此浇注料的强度不但与煅烧温度有关，而且还和氧化镁的活性有关，因此可以通过调节硼砂的量和氧化镁的活性来调节体系的可作业时间。

关键词：镁质磷酸盐水泥胶凝材料；高铝质浇注料；矾土；强度

中图分类号：ＴＱ１７７．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９３８６（２００７）０６－００２２－０４

Study on the Performances of MKP-based High Alumina Castable

Xie Xiaoli 1, Yan Y un 1,2, Hu Zhihua 1,2

(1.Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010;

2.Key Laboratory for Advanced Building Materials of Sichuan Province, Mianyang 621010)

Abstract: In the paper,the performances of new type of building material, MKP-based high alumina castable and the factors controlling its properties were investigated. The experimental results shown that the amount of SiO 2 added into the system is the main influence factor for the strength of the castable at 850℃ and 1 100℃, but as far as the strength of 110℃ MKP and fly ashes are main one. For permanent linear change of the specimens at 1 100℃, the mol ratio of MgO to KH 2PO 4 is very important. The strength of castable is not only dependent of the calcine temperature in which the specimens were treated but also related with the activity of MgO. In addition, the setting time of castable can be regulated by controlling the dosage of Na 2B 4O 7・10H 2O and the activity of MgO powder.

Key words: MKP; high alumina castable; bauxite; strength

高铝质浇注料是指Ａｌ２Ｏ３含量大于４８％的耐火浇注料［１］，具有冷热强度高、耐磨性好、耐热震、抗剥落以及高温下体积稳定性好等特点。它的应用非常广泛，水泥窑窑头、窑尾、旋风预热器、三次风管、蓖冷机、精炼炉盖、高炉、加热炉等均可。其中，对于高炉炉壁、炉底的修补料，目前采用较多的是酚醛树脂结合的刚玉质耐火浇注料，该种材料不但成本较高，而且结合剂为了满足材料的性能要求还要进行酚醛树脂的改性［２］

，这无疑又增加了施工的程序。鉴于以上原因，本实验研究了一种新型的ＭＫＰ为结合剂，矾土熟料为骨料的高铝质浇注料，用做高炉的大规模炉底、炉壁的修补材料。

镁质磷酸盐水泥胶凝材料（ＭＫＰ）是氧化镁（ＭｇＯ）与磷酸二氢钾（ＫＨ２ＰＯ４）发生化学反应，生成以磷酸钾镁为主要粘结相的胶凝材料，是新型水泥质材料的一种。ＭＫＰ具有超快凝快硬性能以及很高的水化热；而且还同其他水泥一样，具有很好的耐磨性、抗冻性及体积稳定性［３］

。用ＭＫＰ做结合剂的浇注料目前在国内外都还没有报道，因此研究还不是很多，应用范围也较窄。但就其他方面的使用来看，可以作为核

固化原料和路面修复材料的研究在国外有相关的报道

［４－５］

。ＭＫＰ胶凝体系是由氧化镁、磷酸二氢钾、粉

煤灰共同组成的体系，其中根据资料显示粉煤灰占胶凝体系的６０％，因此可以通过改变氧化镁与磷酸二氢钾的比例来调节此胶凝体系的性质。

本实验以ＭＫＰ作为结合剂的高铝质浇注料，适合高温阶段的窑炉体系，而价格低廉、来源广泛的粉煤灰的加入，还可以降低ＭＫＰ结合高铝质浇注料的成本。实验中通过研究氧化镁的一些性质来改变结合剂ＭＫＰ的性能，使其满足生产的需要。同时，研究了硅灰用量、氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比值、胶凝体系及硼砂用量等因素对轻质浇注料的影响。１ 原材料与试体制备１．１　实验原材料

实验用原料主要为：矾土熟料骨料（粒度５～１．２ｍｍ、１．２～０．３ｍｍ和＜０．３ｍｍ），矾土细粉（山西阳泉，比表面积为＞７　０００ｃｍ２

／ｇ和＞７００ｃｍ２

／ｇ），轻烧氧化镁（纯度８５％，活性氧化镁含量９５％），重烧氧化镁（纯度为９３％），粉煤灰（江油湿灰，比表面积为

２２５ｍ２／ｋｇ），硅灰，磷酸二氢钾以及缓凝剂硼砂。

原料的化学成分见表１。１．２　实验方法

（１）

用正交实验法确定实验方案，研究硅灰、Ｍ／Ｐ（轻烧氧化镁／磷酸二氢钾）的摩尔比值、Ｂ／Ｍ（硼砂／氧化镁）的质量比值、胶凝体系四个因素对（轻烧氧化镁）ＭＫＰ为结合剂的高铝质浇注料的影响，其中每个因素取三个水平，实验方案及结果见表２。

表１ 原料的化学组成（％）

原料ＳｉＯ

２Ａｌ

２

Ｏ

３

Ｆｅ

２

Ｏ

３

ＣａＯＭｇＯＳＯ

３

Ｋ

２

ＯＮａ

２

ＯＰ

２

Ｏ

５

ＬＯＩ

粉煤灰５８．０５２８．３４．６７１．５７１．７２０．８７２．７６０．３２０．２１１．９７

矾土熟料－８００．９３－－－－－－－

表２ 正交试验设计及结果

实验ＡＢＣＤ抗折强度（ＭＰａ）抗压强度（ＭＰａ）１

１００℃线

序号硅灰Ｍ／Ｐ的Ｂ／Ｍ的胶凝１１０℃８５０℃１

　１００℃１１０℃８５０℃１

１００℃

收缩率

用量摩尔比质量比体系（％）１１１１１０．９１．４６．９２．９２．６２２．４０．７２１２２２１．５２．０７．０６．２６．５２５．１０．４３１３３３１．５１．１４．２１０．２３．２１６．９０．５４２１２３２．４３．１７．８１４．８１３．２３０．００．５５２２３１１．３２．０９．２５．７７．２４４．６０．６６２３１２２．３２．８１０．０９．７１３．０３６．４０．３７３１３２２．２３．３１１．３１０．８１６．２５３．６０．８８３２１３２．８３．０６．５１３．１１４．４３４．１０．４９３３２１１．６２．３１０．９５．４１３．０４８．００．３

（２）

依据表２得出的最优配方，其他因素及因素水

平不变，只将重烧氧化镁／磷酸二氢钾的摩尔比值重新确定为２／１、４／１、６／１和８／１，同时将比表面积＞

７

０００ｃｍ２／ｇ的矾土细粉用比表面积＞７００ｃｍ２／ｇ的矾土细粉代替。

（３）

为了更清楚掌握此浇注料体系的可作业时间，测定了由粉煤灰、氧化镁、磷酸二氢钾组成的胶凝体系的凝结时间。１．３　试体制备

按各配方的比例将上述原料混合并加入一定的水搅拌均匀后倒入４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ的三联模，人工捣打成型。制备好的试样在室温下养护２４ｈ，脱模后自然养护２４ｈ，经１１０℃、２４ｈ烘干后，分别在８５０℃、１

１００℃焙烧３ｈ。然后测定经１１０℃×２４ｈ，８５０℃×

３ｈ，１

１００℃×３ｈ热处理后试样的线变化率（只讨论

１

１００℃的线变化）、抗折强度和抗压强度（见表３、４）。

表３ 各因素对抗折强度的极差分析

极差

１１０℃抗折强度（ＭＰａ） ８５０℃抗折强度（ＭＰａ）１

１００℃抗折强度（ＭＰａ）

ＡＢＣＤＡＢＣＤＡＢＣＤ

Ｋ

１ｊ

１．３００１．８３３２．０００１．２６７１．５００２．５６７２．４００１．９００６．０３３８．４６７７．８００９．２００

Ｋ

２ｊ

２．０００１．８６７１．８３３２．０００２．６００２．３３３２．４３３２．７００９．０００７．７６７８．３６７９．４３３

Ｋ

３ｊ

２．２００１．８００１．６６７２．２３３２．８６７２．０６７２．１３３２．３６７９．５６７８．３６７８．４３３５．９６７

Ｒ

ｊ

０．９０００．０６７０．３３３０．９６６１．３６７０．５０００．３０００．８００３．５３４０．７０００．６３３３．４６６

表４ 各因素对抗压强度的极差分析

极差

１１０℃抗压强度（ＭＰａ） ８５０℃抗压强度（ＭＰａ）１

１００℃抗压强度（ＭＰａ）

ＡＢＣＤＡＢＣＤＡＢＣＤ

Ｋ

１ｊ

６．４３３９．５００４．６６７４．６６７４．１００１０．６６７１０．０００７．６００２１．４５７３５．３３３３０．９６７３８．３３３

Ｋ

２ｊ

１０．０６７８．３３３８．８００８．９００１１．１３３９．３６７１０．９００１１．９００３７．０００３４．６００３４．３６７３８．３６７

Ｋ

３ｊ

９．７６７８．４３３８．９００１２．７００１４．５３３９．７３３８．８６７１０．２６７４５．２３３３３．７６７３８．３６７２７．０００

Ｒ

ｊ

３．６３４１．１６７０．３３３８．０３３１０．４３３１．３００２．０３３４．３００２３．７６６１．５６６７．４００１１．３６７

２ 结果与讨论

２．１　各因素对（轻烧氧化镁）ＭＫＰ结合浇注料各项性能的影响

（１）

由表３的极差知，影响浇注料抗折强度因素的主次顺序分别：１１０℃时，胶凝体系＞硅粉用量＞Ｂ／Ｍ的质量比值＞Ｍ／Ｐ的摩尔比值；８５０℃时，硅粉

用量＞胶凝体系＞Ｍ／Ｐ的摩尔比值＞Ｂ／Ｍ的质量比值；１

１００℃时，硅粉用量＞胶凝体系＞Ｍ／Ｐ的摩尔比值＞Ｂ／Ｍ的质量比值。由表３及图１的分析可以看出，　硅粉的用量是此浇注料高温抗折强度的主要影响因素，且当硅粉的用量为６％时强度值最好。可能的原因是因为，硅粉的活性适宜，在高温阶段与骨料

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