氧化鋁微粉因具有分散性好、促燒結(jié)、增強力學性能等特點而被廣泛應用于耐火材料中。氧化鋁微粉粒度的差異可以導致微粉表面積、熱力學特性等發(fā)生巨大變化，而這些性能的改變對高鋁質(zhì)耐磨可塑料的性能有所影響。以含3種不同粒度的氧化鋁微粉為例，探討了不同粒度的氧化鋁微粉對高鋁質(zhì)耐磨可塑料性能的影響。
循環(huán)流化床鍋爐(CFB)作為一種主要的“清潔燃燒”裝置在新建或改建火(熱)電廠工程中得到廣泛應用，并帶動了CFB鍋爐配套用耐火材料的不斷完善和發(fā)展。CFB鍋爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)復雜，燃燒室內(nèi)存在大量高濃度、高速循環(huán)的煤顆粒及煙氣，這就要求CFB鍋爐內(nèi)襯耐火材料不僅要具有良好的施工性能，而且要具有高強度及良好的耐磨性能。高鋁質(zhì)耐磨可塑料主要用于CFB鍋爐中內(nèi)襯結(jié)構(gòu)較復雜、無法立模澆注，但可以采用預制或手工搗打、涂抹的部位，如水冷壁、一次返料區(qū)和旋風分離器等部位。高鋁質(zhì)耐磨可塑料一般是由骨料、粉料、結(jié)合劑及促凝劑按照一定比例混練，具有一定黏性和塑性的耐火材料。高鋁質(zhì)耐磨可塑料中氧化鋁微粉的選擇對可塑料施工性能以及CFB循環(huán)硫化床鍋爐的使用壽命具有重要影響。因此，在本文中分析了3種不同氧化鋁微粉對燒后可塑料力學性能和耐磨性的影響。
1試驗過程
1.1試驗原料
試驗采用特級礬土、鋁微粉、黏土、SiO?微粉為主要原料，磷酸二氫鋁為結(jié)合劑，輔以促硬劑制備耐磨可塑料。
1.2制備及檢測
分別用3種不同粒度的氧化鋁微粉A、B、C進行試驗。
按照相關(guān)標準(GB/T3001—2017、GB/T5072—2008、GB/T18301—2012)對烘干和熱處理后試樣的常溫抗折強度、常溫耐壓強度、耐磨性能進行檢測。用SEM觀察900和1100℃熱處理后試樣的斷口形貌。
2結(jié)果與討論
2.1不同氧化鋁微粉在不同熱處理溫度下對強度的影響
圖2所示為不同處理溫度對含3種氧化鋁微粉耐磨可塑料抗折耐壓強度的影響。從圖中可以看出，3種試樣的常溫抗折耐壓強度隨熱處理溫度的升高而增加，但3種試樣分別在不同處理溫度下的抗折耐壓強度變化不太一樣，110℃烘干后3種試樣抗折耐壓強度基本一致，經(jīng)過900℃熱處理溫度后，2#試樣的強度要偏高一些，其次是1#試樣、3#試樣。但經(jīng)過1100℃熱處理后，細度較小的1#試樣強度依次大于2#、3#試樣。這是由于微粉粒度小到一定程度，受顆粒間團聚的阻力，影響填充效果，未燒結(jié)前強度不會再增加，1000℃以上后會有燒結(jié)趨勢，這時微粉粒度越小，活性越大，強度就會提高。
2.2不同氧化鋁微粉在900℃下對耐磨性能的影響
3種試樣經(jīng)過900℃熱處理后，不管常溫耐磨性能還是高溫耐磨性能，均呈現(xiàn)2#>1#>3#，分析認為：900℃的熱處理溫度下，樣塊未燒結(jié)，此時的耐磨性能主要取決于骨料與基質(zhì)的結(jié)合強度。
從圖3看出：900℃下沒有形成液相，3種試樣結(jié)合強度主要靠鋁酸鹽水化、鋁微粉和硅微粉填充，以及磷酸二氫鋁聚合反應。此時鋁微粉粒度對試樣強度有一定影響，隨著粒度降低，填充作用越明顯，但可塑料不同于澆注料，如果鋁微粉粒度過細，易造成團聚和阻力，影響填充效果，氣孔率相應增加，進而強度有所降低。
從圖4電鏡照片看，1100℃條件下，氧化鋁微粉和液相SiO?尚未形成莫來石相，1#試樣內(nèi)部基質(zhì)開始熔融，包裹覆蓋鋁礬土和鋁微粉微粒，液相的形成隨之增加了氣孔率。2#試樣與1#試樣相比，液相量略少，表現(xiàn)在微粒裸露略多，氣孔略小、偏少。試樣整體與1#試樣非常接近。硅微粉和粘土熔融液相與其他組分產(chǎn)生浸潤連接，骨料和基質(zhì)結(jié)合緊密，增強了試樣燒結(jié)強度。3#試樣內(nèi)部處在液相形成的初期，液相少，物料排列致密，氣孔率低。由此可見，3種試樣，在其他組分不變的情況下，鋁微粉越細有助于硅微粉在低溫下產(chǎn)生液相。3#試樣粒度較大，則液相形成的溫度相應提高。
3結(jié)論
(1)高鋁質(zhì)耐磨可塑料在900℃時尚未出現(xiàn)液相，結(jié)合強度主要依靠SiO2微粉膠凝、結(jié)合劑水化獲得，隨著氧化鋁微粉粒度降低，一方面自身團聚現(xiàn)象明顯，另一方面各料組分間摩擦力增加，影響填充效果，導致氣孔率增大、強度降低。
(2)氧化鋁微粉粒度越小，活性越高，在1000℃以上可降低液相出現(xiàn)溫度，促進基質(zhì)燒結(jié)，提高強度和耐磨性。
(3)在高鋁質(zhì)耐磨可塑料中，選擇合適粒度的氧化鋁微粉，可保證良好的施工性和物理強度，并具有良好性價比。
