水泥回转窑预热器系统内、预分解炉、上升烟道、三次风管等部位由于承受着较髙的工作温度，较快的窑速，复杂的机械结构，以及碱挥发性组分的富集，从而导致严重的碱侵蚀，容易造成耐火材料使用寿命缩短。耐碱浇注料主要用于窑炉内衬有碱侵蚀的部位，与碱蒸气接触时，在高温条件下表面能形成一层致密的釉面层，可阻止侵蚀继续加深，从而提高窑炉内衬的使用寿命。可以用于制备耐碱浇注料的原料有焦宝石、铝矾土、碳化硅等，这些原料在性能方面满足了耐碱浇注料的使用要求，但在成本上比较高，市场应用受到限制，目前耐碱浇注料的主要原料还是以工业回收陶瓷为主。

工业回收陶瓷经过了℃的高温烧成处理，具有一定的强度，比较致密而且稳定，体积密度适中，硬度高，能够使用到℃左右。在成分方面工业回收陶瓷中Al2O3的含量(w)—般在20%30%之间，SiO2的含量(w)一般在60%70%之间，含铁等杂质少，而且本身就含有一定的釉料成分，高硅低铝耐碱性好，比较适合用于铝硅质耐火材料的中低温系列耐碱耐磨产品。在本研究中，选用了工业回收陶瓷中的建筑陶瓷、卫生陶瓷、高压电瓷3种作为制备耐碱浇注料的主要原料，对性能进行了对比。

1试验

1.1原料

试验分别以建筑陶瓷、卫生陶瓷、高压电瓷为骨料，采用五级颗粒级配，即85、53、31、及0.mm细粉，并加入同样含量的二氧化硅微粉、氧化铝粉、铝酸钙水泥、减水剂等材料，所采用主要原料的理化性能指标见表1。

表1主要原料的理化性能

1.2试验方法和性能检测

表2试验配方

试验配方如表2所示，为更好的对比不同原料，3种原材料都采用相同的颗粒配比，按照配比准确称量所需原料，倒入搅拌机中混合均匀后，加适量水搅拌3min，然后分别倒入40mmx40mmxmm的三联模中和外形为70mmx70mmx70mm中心上方设有一个φ25mmx35mm孔洞的坩埚状模具中，振动成型。试样室温养护72h后，在℃干燥24h，干燥后部分试样分别经过℃保温3h和℃保温3h烧成。耐碱性试验按照JC/T—中规定的方法进行。

2结果与讨论

2.1常温性能分析

表3表示采用不同原料制备的浇注料在℃保温24h干燥、℃保温3h和℃保温3h后试样体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度和加热永久线变化率的检测结果。

表3试样性能检测结果

从表3可以看出，试样干燥后采用高压电瓷制备的浇注料体积密度最大，而采用建筑陶瓷和卫生陶瓷制备的浇注料体积密度差别不大。结合表1与表3数据，分析3种原料的体积密度关系可知，高压电瓷骨料的体积密度2.56g·cm3，而建筑陶瓷和卫生陶瓷的骨料体积密度分别为2.31和2.32g·cm3，因此，所采用原料骨料的体积密度与干燥后浇注料试样体积密度直接相关，呈现相同的变化趋势。

3种原料颗粒体积密度受成分、陶瓷成型方式、烧结温度等因素的影响，高压电瓷骨料中的体积密度最大，其中，所含的Al2O3成分含量也明显比建筑陶瓷和卫生陶瓷高。在浇注料达到同样流动性的条件下，采用高压电瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷制备的浇注料的加水量(w)分别为5.71%、5.95%、6.02%。这与原料颗粒的显气孔率变化趋势一致，说明在制样过程中有相当量的水分被骨料颗粒吸收。此外不同原料制备时的成型方式不同，可能采用注浆、等静压、机压等方式，这也引起原料破碎后的颗粒形状不同，因此，最佳的颗粒级配需要根据每种原料的特征进行调整。

从表3中经不同温度处理后试样室温强度的变化趋势可以看出，在耐压强度方面3种浇注料都呈现相同的变化趋势，℃处理后的试样常温耐压强度最高，℃处理后的最低；经℃干燥后浇注料的强度主要源于铝酸钙水泥中矿物相水化物对系统物相的粘结作用。浇注料中加入氧化铝粉、二氧化硅微粉未对铝酸钙水泥中矿物相的水化作用及浇注料强度造成明显影响。℃处理后的试样通常情况下在常温下形成的部分水化结合物由于结构水的脱去而被破坏，而新的陶瓷结合由于温度偏低尚未形成，会引起耐压强度的降低，但实际情况是耐压强度最高。

分析认为二氧化硅微粉、氧化铝粉在基质中形成了凝胶结合系统，凝胶结合系统对强度增加的影响超过了部分水化相对强度降低的影响，因此，会引起℃的强度比℃的强度偏高。

3种浇注料试样经℃处理后，耐压强度比℃均有所降低，在℃温度条件下浇注料内已经形成了陶瓷结合，而且3种陶瓷原料表面都含有一定的釉料成分，这些釉料成分熔融温度较低，更容易在烧结过程中形成液相，液相的形成一方面有助于促进结构的致密化；另一方面液相形成主要在骨料颗粒表面和基质中，增大了基质与骨料间的结合性能，这在加强浇注料的骨料和基质整体化效果的同时，造成浇注料常温韧性降低，脆性增加，特别是对于浇注料这种内部不均一结构，强度对各种缺陷、裂纹等因素变得十分敏感，因而造成℃处理后的强度反而有所降低。3种浇注料在不同温度条件的常温抗折强度与常温耐压强度变化趋势相同。不同原材料制备的浇注料之间的强度差别与制备过程中的加水量也有一定关系。

在加热永久线变化率方面，3种浇注料经℃处理后的试样线变化率接近，而经℃处理后的试样线变化率有所差别。由于3种浇注料中都形成了部分液相，而且建筑陶瓷中的碱金属氧化物含量最高，因此加热永久线变化率最大。高压电瓷中的氧化铝含量最高，℃处理后生成的液相含量低，因此加热永久线变化率最低。此外，3种浇注料中都会发生莫来石化过程，此过程所产生的体积膨胀可以部分抵消浇注料烧结过程中的体积收缩，起到降低加热永久线变化率的作用。

2.2耐碱性能分析

将3种浇注料按照JC/T—中规定的方法进行耐碱性试验，耐碱试验后试样的断面照片如图1一图3所示。从中可以看出，碳酸钾对3种浇注料试样的侵蚀均非常轻微，几乎观察不到渗透，仅仅是碳酸钾在熔化后附着在界面部位，未产生明显颜色变化。按照硅铝质耐火浇注料耐碱性试验方法中的评定标准，3种浇注料性能全部达到一级。

对比3种浇注料的耐碱性，采用建筑陶瓷制备的浇注料耐碱性最好，采用卫生陶瓷制备的浇注料耐碱性最差，分析认为主要是因为建筑陶瓷中的釉料成分熔点较低，产生熔融的速度快，在试样表面有利于形成致密的保护膜，能够使碱蒸气无法侵入到试样内部，从而大大提高了耐碱性；采用卫生陶瓷制备的浇注料由于本身含有的釉料成分熔化温度较高，在碱蒸气渗入之前未能形成有效的保护膜，而且卫生陶瓷骨料相对于其他两种骨料气孔率较高，其中的高硅低铝成分与碱蒸气反应生成部分钾长石等物质造成耐碱性下降；采用高压电瓷料制备的浇注料体积密度大，气孔率低，而且釉料成分熔化后也能够形成保护膜，两种作用在一定程度上都能够抵抗碱蒸气渗入材料内部，因此有助于提高浇注料的耐碱性。

3种浇注料在耐碱侵蚀试验过程中碳酸钾分解形成的K2O会与基质中部分Al2O3和SiO2形成高温液相，而且，此过程发生在釉料熔化形成保护膜之前，当试验结束时，试样随炉冷却至室温，高温液相会主要聚集在浇注料颗粒间的边界位置析晶，在一定程度上会造成浇注料结构疏松，冷却后耐碱侵蚀试样一旦受到外力作用，容易在颗粒间边界位置发生断裂。综合来讲，在应用过程中浇注料的损坏主要是由于碱性挥发成分过量富集，并与材料中的Al2O3、SiO2等组分发生反应，生成长石类化合物(钾长石、钠长石、霞石等)变质层，从而产生体积膨胀而导致材料出现“碱裂”。而且变质层的成分、结构与原材料不同，两者的热膨胀系数存在明显差异，导致产生不可逆的体积变化，在变质层处产生胀缩剪应力，当温度波动时随热应力的作用，裂纹扩展并贯通，最终会产生开裂、剥落，引起材料的损毁。

采用高压电瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷制备的浇注料在经过烧结后表面出现釉面层，釉面层作为附着于陶瓷等基体表面的一种连续的玻璃层或玻璃体与晶体的混合层，具有较高的致密性，能够有效阻止侵蚀介质进入基体内部，在提升浇注料抗渗透与侵蚀性方面具有重要作用。釉面层周围为玻璃相基质，在较低温度下浇注料表面可以出现液相，这些黏滞液相可堵塞表面缝隙，并起到阻止碱蒸气渗透到耐火材料内部的作用。而且这种釉面和液相形成的过程产生在碱蒸气形成之前能够对浇注料起到更好的保护作用。

3结论

(1)对比采用3种不同原材料制备耐碱浇注料常温性能，采用高压电瓷料制备的耐碱浇注料在体积密度、常温强度、加热永久线变化率等性能方面优于采用采用建筑陶瓷和卫生陶瓷制备的耐碱浇注料，采用高压电瓷料制备的耐碱浇注料体积密度达到2.4g·cm3，在同样颗粒级配的条件下，这与原料的成分、体积密度以及原料制备时的成型方式相关。

(2)采用3种原材料制备的耐碱浇注料经℃保温24h处理后的试样强度主要靠水泥水化相提供，℃保温3h处理后的试样强度主要靠微粉形成的凝胶结合系统提供，℃保温3h处理后的试样强度主要靠烧结形成的陶瓷结合提供。不同原材料制备的浇注料之间的强度差别与制备过程中的加水量也有一定关系。

(3)原材料中的釉料成分能够提高浇注料的耐碱性，采用3种原材料制备的耐碱浇注料的耐碱性能均能够达到一级。经过耐碱性对比，在试验条件下采用建筑陶瓷制备的浇注料耐碱性最好，采用高压电瓷料制备的耐碱浇注料耐碱性其次，采用卫生陶瓷制备的浇注料耐碱性最差，耐碱性除了与釉面层的保护有关，而且与材料的致密度也有关系。