鋁酸鹽耐火澆注料是高溫工業(yè)使用比較廣泛的一種不定型耐火材料。它主要是鋁酸鹽水泥（高鋁水泥或耐火水泥）為結(jié)合劑，以耐火集料和粉料為主要原料，加入適量的外加劑配置而成。根據(jù)主材質(zhì)不同分為黏土質(zhì)澆注料、高鋁質(zhì)澆注料、鋼纖維澆注料、剛玉澆注料等，根據(jù)使用鋁酸鹽水泥不同分為CA-50水泥耐火澆注料、CA-60水泥耐火澆注料、CA-70水泥耐火澆注料、CA-80水泥耐火澆注料。
一、CA-50水泥耐火澆注料。
它是以CA-50鋁酸鹽水泥為結(jié)合劑，應(yīng)用于鍋爐和石化工業(yè)爐。在一般情況下,CA-50水泥和耐火粉料的總用量為27%~30%,耐火骨料用量為70%-73%,CA-50水泥用量為10%-20%。當(dāng)耐火澆注料用于中高溫部位時(shí),應(yīng)盡量減少水泥用量，同時(shí)增加耐火粉料用量,其品級(jí)應(yīng)與耐火骨料相同或高一個(gè)等級(jí):耐火骨料應(yīng)根據(jù)窯爐使用溫度合理選擇,做到物盡其用。其顆粒級(jí)配,通常采用兩級(jí)級(jí)配,也可用統(tǒng)料,一般以砂率（即細(xì)骨料占整個(gè)骨料的比值)為0.45~0.55來控制;水用量一般用質(zhì)量百分比表示,也可用克每立方米或水灰比(即水與水泥和粉料之比)來表示。其總原則是,在保證澆注料拌和物和易性情況下,應(yīng)盡量減少水用量。
應(yīng)當(dāng)指出,常用配合比并不是一成不變的,它將根據(jù)原材料的品種和使用條件,在生產(chǎn)或施工時(shí),經(jīng)試驗(yàn)確定耐火澆注料的配合比,以滿足窯爐工程的使用要求。同時(shí),應(yīng)盡量摻加外加劑,以改善澆注料的施工性能和耐火性能。CA-50水泥耐火澆注料的常溫耐壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增大。同時(shí),ld強(qiáng)度很高,其后強(qiáng)度增加的幅度不大。因?yàn)镃A-50水泥的主要礦物CA水化快,80%左右的熱量是在水化約10h內(nèi)放出,24h后放熱已很少。也就是說,CA-50水泥耐火澆注料拌和物,一般在1h左右即能生成鋁膠和CAH等,并包裹耐火骨料和粉料的顆粒,同時(shí)水泥顆粒不斷內(nèi)吸水分而水化,其品體交叉生長(zhǎng)和發(fā)育,這樣就使耐火澆注料獲得了強(qiáng)度,1d之后,CA已基本水化,因此強(qiáng)度增幅較小。應(yīng)指出,CA-50水泥耐火澆注料初凝后,固放熱反應(yīng)強(qiáng)烈,必須在潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù),即應(yīng)及時(shí)澆水或置于水中養(yǎng)護(hù)。
在潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù),CA-50水泥耐火澆注料表面掛“白霜”,或在其表面和水中常見到有松散的膠狀白色沉淀物。這是由于澆注料表面未水化的水泥顆粒遇水后,形成過飽和溶液,隨之沉淀出鋁膠和水化鋁酸鈣所致。
但是,這種溶解不會(huì)超過早已形成的表面鋁膠薄膜,因此對(duì)澆注料性能并無影啊。不過,沉淀物過多,易形成疏松層,致使其表面粗糙不平,影響外觀。
二、CA-60水泥耐火澆注料
A-60水泥耐火澆注料具有快硬高強(qiáng)特點(diǎn),成型標(biāo)后,1d耐壓強(qiáng)度約為30MPa,3d則壓強(qiáng)度為42MP左右,7d耐壓強(qiáng)度約為50MPa. Id強(qiáng)度接近CA-50水泥耐火澆注料,而高于CA-70水泥耐火澆注料,這是由于水泥中含有較多的CA所放出的水化熱能促進(jìn)CA2的速水化反應(yīng)所致。
CA-60水泥耐火澆注料的最高使用溫度約為1500C,可滿足一般工業(yè)窯爐的使用要求。其配合比和主要性能,烘干耐壓強(qiáng)度一般為30-35MPa，略高于1d耐壓強(qiáng)度；燒后耐壓強(qiáng)度隨著加熱溫度的提高而降低,與CA-50水泥耐火澆注料一樣,也存在中溫強(qiáng)度低的問題。1200℃之后,因液相量不斷增多,已發(fā)生燒結(jié),澆注料形成了陶瓷結(jié)合,因此強(qiáng)度隨著加熱溫度的提高而增加；燒后線變化和線影脹系數(shù)與CA-50水泥耐火澆注料基本相似,荷重軟化溫度和耐火度略高些,因此,CA-60水泥耐火澆注料是比較好的筑爐材料。
三、CA-70水泥耐火澆注料
CA-70水泥的主要礦物相為CA2·它與CA-50水泥相比,其特點(diǎn)是水化速度慢,后期強(qiáng)度大和耐火度高。因此,采用CA-70水泥配制耐火澆注料,在常溫和潮濕條件下養(yǎng)護(hù),也表現(xiàn)為早期強(qiáng)度較低,后期強(qiáng)度較大。如在較高溫度下或采用蒸汽養(yǎng)護(hù),也可達(dá)到快硬高強(qiáng)的效果。另外,由于CA2含量多,水化后形成的鋁膠也多,所以加熱后產(chǎn)生較多的活性氧化鋁并形成新礦物,有利于提高耐火澆注料的性能。
CA-70水泥耐火澆注料主要用于高溫部位。多用A2O3含量高的礬土熟料作耐火骨料和粉料,也可用剛玉、莫來石和鉻渣等材料。耐火骨料臨界粒徑可用15mm或10mm,視襯體厚度而定。為提高其施工性能和高溫性能,應(yīng)采用外加劑。
CA-70水耐火澆注料成型初凝后,可采用兩種方法養(yǎng)護(hù):標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)方法不同，常溫耐壓強(qiáng)度有所差異。
CA-70水泥耐火澆注料成型初凝后,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)全28d,耐壓強(qiáng)度可達(dá)40~60MPa。如以28d強(qiáng)度為1100%計(jì),其強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的百分比情況:養(yǎng)護(hù)1d的常溫耐壓強(qiáng)度為15~17,3d的為35-40,7d的為50-60,14d的70-80,21d的為85-90;當(dāng)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),其升溫一恒溫一降溫的時(shí)間分別為4h-10h-4h,恒溫溫度為(80±5)℃。蒸養(yǎng)后的耐壓強(qiáng)度可達(dá)到標(biāo)養(yǎng),標(biāo)養(yǎng)3d的耐壓強(qiáng)度較低,其余性能比CA-50水泥和CA-60水泥耐火澆注料的好。當(dāng)在28d強(qiáng)度的60%-80%。
高溫下或采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),澆注料中的水分起自蒸養(yǎng)作用,促進(jìn)了CA,的水化進(jìn)程,同時(shí)游離水的逸出,使凝膠體干縮和密實(shí),也有利于強(qiáng)度的增長(zhǎng),因此,其強(qiáng)度與CA-50水泥耐火澆注料標(biāo)養(yǎng)3的強(qiáng)度,基本相似。CA-70水泥耐火澆注料的強(qiáng)度變化特征,與前述基本相似,但中溫強(qiáng)度下降幅度較小,這是由于鋁膠多,能緩沖晶型轉(zhuǎn)變帶來的危害,同時(shí)氧化鋁與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成新的CA2、CA等,產(chǎn)生體積影脹,也能提高中溫強(qiáng)度:當(dāng)加熱溫度超過1200℃時(shí)，由于液相量的而不斷增加，已形成陶瓷結(jié)合。因此燒后耐壓強(qiáng)度增加。
CA-70水泥耐火澆注料的耐火度較高,一般為1700℃左右:荷重軟化溫度比高鋁磚低,是由于未預(yù)先假燒所致。當(dāng)其經(jīng)過1450℃緞燒后,再作檢驗(yàn),變形4%的荷重軟化溫度為1500℃左右。高鋁質(zhì)耐火澆注料的荷重0.2MPa在1250℃的溫度下恒溫6h,其變形為2.7%；1350℃時(shí)為15.9%,1400℃時(shí)恒溫3h,其變形達(dá)23.3%,恒溫至3.5h時(shí)即破壞了,這說明該材料己發(fā)生了較大的塑性變形。
CA-70水泥高鋁質(zhì)耐火澆注料顯氣孔率和燒后線變化與加熱溫度在400℃之前,因游離水和結(jié)合水的大量排除,顯氣孔率增加較大。然后隨著加熱溫度的升高,顯氣孔率不斷增大。到1000~1200℃時(shí),顯氣孔率達(dá)到最大值,一般為23%-27%,顯氣孔率大,致使試樣組織結(jié)構(gòu)不密實(shí)。這也是中溫強(qiáng)度下降的一個(gè)原因。至1200℃燒后線變化一直變化較小:1200℃之后,液相量逐步增多,試樣開始燒結(jié),因此顯氣孔率減小，燒后線收縮增大,加熱到1500℃時(shí),已形成陶瓷結(jié)合,顯氣孔率降為15%-20%,燒后線收縮約為0.8%。
CA-70水泥耐火澆注料的線膨脹率約為0.5%；抗熱震性較好,850℃加熱一水冷循環(huán)一般大于50次:500℃時(shí)的熱導(dǎo)率為1.1W(mk)左右,1000℃時(shí)的約為1.28W/(mK)。同時(shí),其強(qiáng)度高,故耐磨性也好。
四、CA-80水泥耐火澆注料
CA-80水泥耐火澆注料是用較純的CA-80水泥作結(jié)合劑,與剛玉、莫來石、特級(jí)礬土熟料和氧化鋁粉等骨粉料或摻外加劑按比例配合,并加水?dāng)嚢?、成型及養(yǎng)護(hù)后制成的。其特點(diǎn)是耐火度和荷重軟化溫度高、高溫強(qiáng)度大、抗渣性好、抗還原性氣體能力強(qiáng)。該澆注料的最高使用溫度約為1800℃,是當(dāng)前應(yīng)用較多的一種材料,表7-2-8為CA-80水泥澆注料的配合比和性能。在配制澆注料時(shí),均摻加適量的減水劑,以提高施工和易性和使用性能。
常溫耐壓強(qiáng)度是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測(cè)定的。1天耐壓強(qiáng)度一般約為15MPa,7天耐壓強(qiáng)度為40MPa左右,相當(dāng)于烘干耐壓強(qiáng)度；耐火度均大于1790℃,剛玉耐火澆注料的荷重軟化溫度開始點(diǎn)大于1400℃,變形4%時(shí)約為1700℃；抗熱震性,850℃水冷循環(huán)一般大于30次,常溫?zé)釋?dǎo)率約為1.28W/(m·K):該澆注料中溫強(qiáng)度略有下降,與其他鋁酸鹽水泥耐火澆注料的基本類。原材料品級(jí)高,雜質(zhì)少,因此具有良好的抗渣性和抗還原性氣體的能力。
CA-80水泥耐火澆注料性能優(yōu)良,施工方便,但成本較高,一般只用于窯爐和熱工設(shè)備的特殊部位,例如,爐外精煉裝置的真空吸嘴村體,噴粉用的整體噴槍渣線,工頻感應(yīng)電爐熔溝和高溫轉(zhuǎn)化爐襯里等,均采用CA-80水泥耐火澆注料,滿足了使用要求。