通過國(guó)產(chǎn)原料，并引入減水-緩凝劑添加劑和二種超微粉混合料，配制生產(chǎn)出了施工性能和強(qiáng)度指標(biāo)均達(dá)到日本同牌號(hào)產(chǎn)品水平的大型高爐風(fēng)管用的剛玉質(zhì)澆注料。并成功運(yùn)用到寶鋼高爐熱風(fēng)管中。
剛玉質(zhì)澆注料是以電熔剛玉和電熔超高鋁水泥為主要原料制造的一種高級(jí)澆注料，最高使用溫度為1800℃，高強(qiáng)、耐磨、體積穩(wěn)定，特別適用于高風(fēng)溫、高爐頂壓的大型高爐作為風(fēng)管內(nèi)襯。它可以經(jīng)受住高溫、高速氣流的強(qiáng)烈磨損。除此而外，也可用于RH爐浸漬管、高溫回轉(zhuǎn)窯燒嘴等重要部位。
日本黑崎公司配制剛玉質(zhì)澆注料，采用日本研磨的TWA-S或采用日本昭和電工的RW-92致密電熔剛玉為骨料，這兩種剛玉的技術(shù)指標(biāo)列于表1。
電熔剛玉的技術(shù)性能 表1
從表1可見RW-92的氣孔率較高，而采用TWA-S制備澆注料，可減少加水量，有利于提高強(qiáng)度。國(guó)產(chǎn)電熔剛玉有一般白剛玉和致密剛玉等幾類，我們選用國(guó)產(chǎn)致密剛玉來(lái)制造澆注料。但國(guó)產(chǎn)致密電熔剛玉的主要問題是熔煉時(shí)伴生有碳化鋁（Al2OC，Al4O4C3，Al4C3等），早期產(chǎn)品中碳化物含量較高，這些碳化物可與水反應(yīng)放出CH4氣體，而且反應(yīng)產(chǎn)物A1(0H)3在加熱脫水時(shí)，伴有強(qiáng)烈的體積效應(yīng)，可致剛玉顆粒粉化， 因此我們對(duì)國(guó)產(chǎn)剛玉的規(guī)格值增加了總碳量低于0.15%的限制，以避免引進(jìn)過多的碳化物。
電熔剛玉是一種高級(jí)的人工合成原料， 具有高溫強(qiáng)度高、耐磨、體積穩(wěn)定、抗化學(xué)侵蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。正是由于采用了這種骨料，剛玉澆注料才能獲得優(yōu)異的高強(qiáng)耐磨特性。
電熔超高鋁水泥
電熔超高鋁水泥是以電熔法生產(chǎn)的氧化鋁水泥。Al2O3含量達(dá)77〜80%。其特性是純度高、耐火度高、早期強(qiáng)度以及在中溫和高溫下的強(qiáng)度都比較高，是配制高級(jí)耐火澆注料時(shí)的結(jié)合劑。
國(guó)產(chǎn)電熔超高鋁水泥與同類日本水泥相比。化學(xué)成份、礦物組成極為相似，但流動(dòng)性、.硬化性有差別，因此在引進(jìn)配方中國(guó)產(chǎn)水泥的應(yīng)用技術(shù)就成了最大的難題。
表2所示為x螢光分析所得出的中、日兩種水泥的化學(xué)成份，除了SiO2略高以外， 整個(gè)化學(xué)成份幾乎是一樣的。
電熔超高鋁水泥的化學(xué)分析（X螢光分析） 表2
X—衍射分析所測(cè)定的中、日水泥的礦物組成，它們的主晶相都是CA，α-Al2O3以及少量的C12A7。
但從表3可見，國(guó)產(chǎn)水泥與日產(chǎn)品相比，流動(dòng)值隨時(shí)間的變化呈急劇衰減，而日產(chǎn)水泥在60min之內(nèi)流動(dòng)值衰減極小。從硬化特性來(lái)看，國(guó)產(chǎn)水泥的發(fā)熱峰值時(shí)間還不到日產(chǎn)品的一半，用來(lái)配制剛玉質(zhì)澆注料，其可使時(shí)間太短，實(shí)際施工中，可能發(fā)生來(lái)不及施工就已固化的事故。如不釆取其它措施，為了滿足施工必需的可使時(shí)間，只能大大增加加水量，而不得不犧牲澆注料的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。
中、日兩種水泥作業(yè)性能比較 （以曰產(chǎn)品作為100） 表3
中，日兩種水泥的化學(xué)組成及礦物組成相似，但硬化特性差別較大，原因是這兩種水泥中添加的外加劑不同，因此釆用國(guó)產(chǎn)水泥的最大要點(diǎn)就是要尋求一種單一的或組合的外加劑，這種外加劑應(yīng)具有減水、緩凝、 高強(qiáng)等幾項(xiàng)功能。
配方試驗(yàn)
完全采用國(guó)產(chǎn)剛玉和水泥按引進(jìn)配方生產(chǎn)的剛玉質(zhì)澆注料存有兩個(gè)問題，一是可使時(shí)間太短，30℃氣溫下，幾分鐘之內(nèi)流動(dòng)性喪失殆盡；二是熱態(tài)強(qiáng)度低，僅有1MPa左右，而規(guī)格值為3MPa，配方試驗(yàn)主要就是為了解決這兩個(gè)問題。
緩凝一減水劑
從眾多的無(wú)機(jī)、有機(jī)緩凝劑減水劑中，我們選出了添加劑31，它具有明顯的緩凝與減水作用，見表4。
添加劑31對(duì)剛玉澆注料的減水與緩凝效果 表4
添加劑31在常溫下溶解速度較慢，但它的減水作用一定要在充分溶解之后才能發(fā)揮出來(lái)。這就要求施工單位配制剛玉質(zhì)澆注料時(shí)，務(wù)必在限定的加水量下，用強(qiáng)制攪拌機(jī)混合。另外，添加劑31在減水的同時(shí)，還具有明顯的緩凝效果，但是它僅對(duì)超高鋁水泥（主要成份是C12A7，CA和α-Al2O3）有明顯的減水與緩凝效果，對(duì)礬土水泥和燒結(jié)法氧化鋁水泥(主要成份為CA和CA2)沒有緩凝效果，減水效果也不明顯。據(jù)此推斷，添加劑31僅對(duì)超高鋁水泥中的C12A7起較大作用。超高鋁水泥的組成成分中，C12A7的水化速度最快，它的水化產(chǎn)物可以誘發(fā)和加速其它成份的水化，因此若能抑制C12A7的水化，就能有效地緩解整個(gè)水泥的硬化過程。
超微粉
僅僅采用減水一緩凝外加劑，而不加用超微粉，只是解決了剛玉質(zhì)澆注料的施工性能問題，而不能大幅度提高澆注料的熱態(tài)強(qiáng)度，因?yàn)橐M(jìn)的原配方中對(duì)細(xì)粉的要求僅需達(dá)200目即可，此時(shí)即使配用減水-緩凝劑，熱態(tài)抗折強(qiáng)度仍僅為2.0MPa左右，為此我們分別采用超微粉A、B、C試配。
1.超微粉A的最大粒徑為20pm，早期產(chǎn)品用來(lái)配制剛玉澆注料，產(chǎn)品性能均可滿足日方規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，并實(shí)際用于張家港鋼鐵廠作為旋風(fēng)燃燒室內(nèi)襯，壽命比以往的高鋁澆注料至少延長(zhǎng)4倍。但超微粉A的制造方法比較粗糙，質(zhì)量波動(dòng)較大，其后期產(chǎn)品用以制造剛玉澆注料，常發(fā)現(xiàn)燒后線膨脹過大，熱態(tài)強(qiáng)度偏低，分析原因是由于超微粉A中含有較多游離Na2O，剛玉細(xì)粉中的主晶相α-Al2O3高溫下在含有堿金屬的氣氛中可轉(zhuǎn)化為β-Al2O3，此時(shí)體積約增大25%，當(dāng)配料中以有機(jī)鈉鹽作為添加劑時(shí)，游離Na2O的量也隨之增多，膨脹值更大。顯然純以超微粉A配料是不適宜的。
2.超微粉B細(xì)度較高，平均粒徑為0.7 nm用以配澆注料，加水量較高，與超微粉A—起混合加入，會(huì)造成較大收縮。
剛玉質(zhì)澆注料的性能 表5
3.超微粉C平均粒徑與B相當(dāng)，但價(jià)格最為昂貴，純以超微粉C配澆注料加水量也較高，而與超微粉A混合加入，體積穩(wěn)定性最好，熱態(tài)強(qiáng)度也最高。因此最終確定剛玉質(zhì)澆注料的配方中，以超微粉A和C混合配入，能獲得最好效果。