不同品质硅微粉对矾土基低水泥浇注料性能的影响_薛海涛

工 业 炉 第 36 卷 第 1 期 2014 年 1 月
1 不同硅微粉物理化学性质比较
1.1 试验原料
试验所用硅微粉来自挪威埃肯公司。 其化学分
析如表 1 所示。
表 1 6 种不同硅微粉化学分析结果（wt%）
编 号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O C SO3 ZrO2 L.O.I
收稿日期：2013-10-11 作者简介: 薛海涛（1983—），男，工程师，主要从事不定形耐火材
料的研发及市场工作.
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度。 ②加入合适量的硅微粉，在大于 1 300 ℃下，控 制好 CaO/SiO2 比， 硅微粉可与矾土中 Al2O3 形成莫 来石相，显著提高材料高温强度和热震稳定性。但由 于硅微粉来源不同，生产工艺不同，本身性质就有很 大差别，导致应用不同硅微粉于同一配方，得到材料 性能差别很大。 本文为了研究不同规格硅微粉对浇 注料性能影响， 选定循环流化床锅炉矾土基浇注料 作为基本配方， 通过加入相同量不同品质硅微粉对 浇注料流动性、常规物理性能、高温烧后物理性能进 行检测对比分析， 希望找出不同规格硅微粉对浇注 料性能影响规律。
摘 要：检测对比了 6 种不同品质硅微粉物理化学性能，将 6 种不同规格硅微粉应用于一个固定的矾土基低水泥浇
注料配方，研究了不同硅微粉性质差异对浇注料流动性、常温性能和高温烧后性能影响。 结果表明：硅微粉碳含量、粒径
及本身流动性对浇注料流动性有很大影响，这最终影响浇注料常规物理性能。 D 组锆英石生产脱硅收集硅微粉杂质含量
比表面积 /m2·g-1 分形维数 D pH 值
19.51 2.527 8.32 23.41 2.479 6.85 17.99 2.513 9.74 9.87 2.491 2.70 21.26 2.473 2.50 23.87 2.473 7.35
从上表可以看出 C、E 两组硅微 粉 粒 度 较 粗 ，F 组粒度较细，且分布均匀。 六组硅微粉的 pH 值相差 很大， 这可能与硅微粉中所含杂质碱金属和 SO3 含 量有一定关系。 1.2 不同硅微粉显微结构分析
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将试验原料在搅拌机中干混 3 min，后加水，再 湿混 3 min，采用跳桌测定仪来测定浇注料流动值。 然后试样分别经 110 ℃ 24 h、900 ℃ 3 h、1 100 ℃ 3 h 热处理后，按照国标测定方法测定体积密度、显气 孔率、抗折强度、耐压强度和线变化率。
3 结果与讨论
3.1 流动性对比研究
表 2 6 种不同硅微粉物理性质
编号 D10/μm
A 0.169 B 0.179 C 0.385 D 0.300 E 0.260 F 0.163
D50/μm
0.319 0.336 4.404 0.985 1.349 0.274
D90/μm
6.636 2.557 50.833 2.483 45.098 0.650
浇注料的流动性对浇注料的常温性能有很大影
响，可以说只有具有良好的流动性，浇注料最终才可
能有较好性能。 而浇注料的流动性又与所用微粉的
Key Laboratory of Refractories and High-Temperature Ceramics, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China）
Abstract: The physical and chemical properties of six different micro-silica are contrasted, then add six different micro-silica into an invariable bauxite-base low cement castable, and the effects of difference of micro-silica addition on rheological behavior, normal temperature properties and high temperature properties were investigated. The results indicated that the content of carbon, particle size and flowability of microsilica had great effect on the flowability of the castable, which would finally determine the common physical properties. Sample D had good properties with the addition of micro-silicon obtained from zircon. This kind of micro-silica was suitable to be additives, for it had low impurities, uniformity of partical distribution, small particle size and well flowability.
小，颗粒分布均匀且粒径小，本身流动性好，可以使浇注料获得较好性能，适宜作为浇注料微粉添加物。
关键词：矾土基浇注料；硅微粉；流动性
中图分类号：TF065.1+1 文献标识码：A
文章编号：1001-6988（2014）01- 0064- 04
Influence of Different Microsilica Addition on Properties of Bauxite-Based Low Cement Castables
2.08
D 96.70 0.17 0.27 0.05 0.02 0.024 0.041 0.05 0.01 1.96 0.76
E 95.2 0.4 0.11 0.27 0.26 0.11 0.31 1.19 0.53
2.71
F 96.52 0.15 0.07 0.38 0.37 0.15 0.54 0.43 0.30
第 36 卷第 1 期 2014 年 1 月
工业炉
Industrial Furnace
Vol.36 No.1 Jan. 2014
不同品质硅微粉对矾土基低水泥浇注料性能的影响
薛海涛 1，顾华志 2，姚 建 1，徐京生 1，朱晶晶 2 （1.中冶武汉冶金建筑研究院有限公司，湖北 武汉 430081； 2.武汉科技大学 耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地，湖北 武汉 430081）
Key words: bauxite-based castable; micro-silica; flowability
随着不定形耐火材料技术的发展，硅微粉大量 应用于浇注料中，硅微粉技术成为低水泥系列耐火 浇 注 料 的 关 键 技 术 。 特 别 在 低 水 泥 浇 注 料 （LCC CaO 1%～2.5%）和超低水泥浇注料（ULCC CaO 0.2% ～1% ） 中 ， 硅 微 粉 大 量 应 用 于 矾 土 基 浇 注 料 ， 以 前 做 过很多这方面研究，主要得到以下结论：①硅微粉能 降低矾土基浇注料用水量，填充颗粒间空隙，提高材 料的体积密度，显著降低显气孔率，从而提高材料强
称起一定量的硅微粉，加入到蒸馏水中，配制成 浓度为 15wt％的溶液；再用 JY92-2D 超声波细胞粉 碎 机 分 散 9 min，磁 力 搅 拌 器 搅 拌 3 min；然 后 用 美 国 Colloidal Dynamics 公司的高浓度 Zeta 电 位 分 析 仪测定溶液在不同 pH 值下的 Zeta 电位，溶液的 pH 值通过浓度为 0.5 mol/L 的 HC1 和 NaOH 溶液来调 节。 从图 2 中可以看出六组硅微粉随着 pH 值增大， Zeta 电位绝对值增大，浆体将具有较好流动性。但六 组硅 微 粉 在 各 自 对 应 pH 值 下 ，Zeta 电 位 值 有 较 大 差 别 ， 其 中 D 组 在 pH 2.7 时 ，Zeta 电 位 为 -51.37 mV，而 E 组在 pH 2.5 时，Zeta 电位为-9.52 mV。 可 知硅微粉本身流变性有很大差别。 1.4 硅微粉和水泥混合浆体 Zeta 电位与分散剂加
1.32
从上表可以看出，六组硅微粉 SiO2 含量都大于 92%，其 中 C、E 两 组 碳 含 量 相 对 较 高 ，其 灼 减 也 较 大。A、C 两组碱金属含量相对大些。D 组可能为锆英 石生产脱硅二氧化锆收集的副产品硅微粉， 故含 ZrO2 1.96%，其他杂质相对较低。
采用英国 Malvern 公司 MS 2000 型激光粒度分 析仪对 6 种硅微粉进行了粒度分析，采用美国康塔 仪器公司 Autosorb-1-MP 型全自动比表面积和孔隙 率测试仪对 6 种硅微粉进行了比表面积和分形维数 测 定 ， 采 用 美 国 Colloidal Dynamics 公 司 的 高 浓 度 Zeta 电 位 分 析 仪 测 定 了 6 种 硅 微 粉 15% （ 质 量 浓 度）浆体的 pH 值。 其物理性质如表 2 所示。
应用 FEI 香港仪器有限公司 Navo 4000 场发射 扫描电子显微镜， 观察 6 种硅微粉的颗粒形貌，如 图 1 所示。
从上图可以看出，硅微粉是一种松散团聚在一 起的球形无定形粉体，具有较小的粒径（平均为 0.5
A
B
C
D
E
F
图 1 6 种硅微粉扫描电镜图
μm 左右）。 但不同规格硅微粉粒径不同，球形的堆 积紧密度也不同， 且有的硅微粉颗粒有部分颗粒在 向椭圆过渡。 1.3 硅微粉浆体 Zeta 电位与 pH 值关系的测定
A 95.38 0.37 0.17 0.20 0.66 0.24 0.92 0.65 0.26
1.45
B 97.88 0.26 0.08 0.39 0.13 0.10 0.18 0.25 0.098
0.87
C 93.26 0.67 0.25 1.35 0.57 0.19 1.03 1.39 0.29
分 散 剂 加 入 量/ml 图 3 硅微粉与水泥 Zeta 电位随分散剂加入量变化
2 试验
2.1 原料 试 验 采 用 临 界 颗 粒 为 5 mm 的 特 级 矾 土 和
Lafarge Secar 71 水泥和 6 种不同规格硅微粉，其物 理化学性质如表 1、表 2 所示。 2.2 试验方法
本试验选用循环流化床锅炉用耐磨浇注料作为 研 究 对 象 ，配 料 时 按 特 级 矾 土 （5~0 mm）68%，细 粉 （180 目）21%，水泥 4%，硅微粉 7%，再加入 0.1%分 散剂。 保持上述加入量不变，分别加入不同品质的 硅微粉，其对应编号分别为 A、B、C、D、E、F。
入量关系的测定 称起一定量的硅微粉和 Secar 71 水泥，按质量
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Zeta 电位/mV
Zeta 电位/mV
材料与施工：不同品质硅微粉对矾土基低水泥浇注料性能的影响
pH 值 图 2 pH 值对硅微粉 Zetaபைடு நூலகம்电位的影响
2∶1 配比，加入到蒸馏水中，配制成浓度为 15wt％的 溶液；再用 JY92-2D 超声波细胞粉碎机分散 9 min， 磁力搅拌器搅拌 3 min； 然后将分散剂分别配成质 量分数为 2%的溶液，充分搅拌至完全溶解，通过滴 定来确定浆体 Zeta 电位与分散剂加入量变化关系。 对比图 2 和图 3，可以看出硅微粉中加入水泥后，浆 体 Zeta 电位都增大，表明流动性变差。 当让 6 组混 合浆体 Zeta 电位降到某一合适值，所需要加入的分 散剂量不同。
XUE Hai-tao1, GU Hua-zhi2, YAO Jian1, XU Jing-sheng1, ZHU Jing-jing2 （1.MCC, Wuhan Metallurgical Construction Co., Ltd, Wuhan 430081, China; 2.Cultivation Base for State