王文寰，馬偉平，郝立可

（唐山市國(guó)亮特殊耐火材料有限公司，河北 唐山063021）

剛玉基澆注料具有抗渣性好， 抗剝落和抗侵蝕性好的優(yōu)點(diǎn)， 因而被廣泛應(yīng)用于鋼包包底功能性耐火材料。 使用板狀剛玉為主要原料的試樣具有良好的常溫及高溫物理性能、抗渣侵蝕性及抗熱振性。鋁酸鈣水泥對(duì)剛玉基澆注料性能的影響一直受到人們的關(guān)注[1-2]。隨著冶金技術(shù)的不斷進(jìn)步，耐火材料使用環(huán)境越來(lái)越苛刻，對(duì)材料也提出了更高的要求。本文主要研究了純鋁酸鈣水泥加入量對(duì)剛玉基澆注料性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

采用板狀剛玉、氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥及減水劑為原料。 原料化學(xué)成分如表1 所示。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方案如表2 所示。

2 試樣制備及性能檢則

將原料按配比混合均勻， 放入攪拌機(jī)攪拌均勻后， 參照振動(dòng)澆注料的成型方法制備40 mm×40 mm×160 mm 試樣， 試樣一端插入兩個(gè)0.2 mm×30 mm×60 mm 的塑料基片，兩個(gè)基片的距離約10 mm。脫模后，分別按YB/T 5200-1993、YB/T 5201-1993、YB/T 5203-1993 測(cè)試經(jīng)110 ℃×24 h、1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h、1650 ℃×3 h 處理后試樣的顯氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、線變化率以及燒后狹縫的寬度（以可插入塞尺的厚度為參考）。

表1 原料的化學(xué)成分 （%）

表2 試驗(yàn)方案

3 結(jié)果與討論

3.1 水泥加入量對(duì)顯氣孔率和體積密度的影響

水泥加入量對(duì)不同溫度處理后澆注料的顯氣孔率和體積密度的影響如圖1、圖2 所示。 隨著水泥量的增加，烘干試樣的顯氣孔率逐漸降低，這是由于水泥水化生成的水化物填充了氣孔， 隨著水泥量的增多，水化物也增多[3]，填充了試樣更多的氣孔；水泥加入量對(duì)烘干后樣塊的體積密度的影響不大。 1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h、1650℃×3 h 處理后， 試樣的顯氣孔率增加， 體積密度降低，主要因?yàn)樵诩訜岬倪^(guò)程中，有二鋁酸鈣和六鋁酸鈣生成，六鋁酸鈣的生成過(guò)程伴隨著體積膨脹，隨著水泥量的增加，膨脹增大，從而造成了試樣的體積密度減小，顯氣孔率增加[4]。

3.2 水泥加入量對(duì)試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響

水泥加入量對(duì)不同溫度處理后澆注料抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響如圖3、圖4 所示。 從圖中可以看出，1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550℃×3 h、1650 ℃×3 h 處理后， 試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度隨著水泥量的增加而增大， 主要是由于經(jīng)過(guò)高溫處理，生成了六鋁酸鈣，六鋁酸鈣具有熔點(diǎn)高、抗渣及抗侵蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)[5-7]，并且具有優(yōu)先形成片狀或者板狀晶體的特性[8-10]，因此可以作為第二相引入到剛玉基材料中，以提高材料的力學(xué)性能。六鋁酸鈣呈板片狀穿插在基質(zhì)中，使機(jī)制結(jié)合更加緊密，從而增大了試樣的強(qiáng)度，生成的六鋁酸鈣越多，試樣的強(qiáng)度越大。

圖1 不同溫度處理后澆注料的顯氣孔率變化圖

圖2 不同溫度處理后澆注料的體積密度變化圖

圖3 不同溫度處理后澆注料的抗折強(qiáng)度變化圖

圖4 不同溫度處理后澆注料的耐壓強(qiáng)度變化圖

3.3 水泥加入量對(duì)線變化率的影響

水泥加入量對(duì)不同溫度處理后澆注料線變化率的影響如圖5 所示。 隨著水泥量的增加，經(jīng)1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h 處理后，試樣的線變化率均增大，主要因?yàn)榻?jīng)中高溫處理后，有較多的六鋁酸鈣生成，六鋁酸鈣的生成會(huì)帶來(lái)體積膨脹，從而增大了試樣的線變化率，其中經(jīng)1450℃×3 h 處理后的試樣線變化率較高，因?yàn)樵?450 ℃左右有較多六鋁酸鈣生成， 但經(jīng)過(guò)1650 ℃×3 h，試樣從膨脹變?yōu)槭湛s，主要因?yàn)闃訅K燒結(jié)，生成了液相，從而使體積發(fā)生收縮，隨著水泥量的增加，六鋁酸鈣的生成量增加，體積發(fā)生膨脹，對(duì)其收縮體積產(chǎn)生補(bǔ)償，使得隨著水泥量的增加，試樣收縮率越來(lái)越小。

圖5 不同溫度處理后澆注料的線變化率變化圖

3.4 水泥加入量對(duì)狹縫的影響

水泥加入量對(duì)不同溫度處理后澆注料狹縫寬度的影響如圖6 所示。從圖中可以看出，隨著水泥量的增加， 經(jīng)1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550℃×3 h 處理后，試樣的的狹縫寬度逐漸變窄（根據(jù)可通過(guò)塞尺厚度進(jìn)行參考）， 在經(jīng)過(guò)1450 ℃×3 h 處理后，試樣的狹縫最窄，由于在此溫度下試樣生成的六鋁酸鈣最多，導(dǎo)致試樣的膨脹也最大，經(jīng)1650 ℃×3 h處理后，由于試樣的燒結(jié)造成的體積收縮和六鋁酸鈣的體積膨脹相互影響，試樣狹縫的寬度變化隨水泥加入量沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。

圖6 不同溫度處理后澆注料狹縫寬度變化圖

4 結(jié)論

（1）隨著水泥量的增加，經(jīng)110 ℃×24 h 處理后，試樣的氣孔率逐漸降低，體積密度變化不大；經(jīng)1250℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h 及1650 ℃×3 h 處理后，試樣的顯氣孔率增加，體積密度降低。

（2）隨著水泥量的增加，經(jīng)1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 及1650 ℃×3 h 處理后，試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度逐漸增大。

（3）隨著水泥量的增加，經(jīng)1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 處理后， 試樣的線變化率增大， 其中經(jīng)1450 ℃×3 h 處理后的試樣線變化率較高，經(jīng)過(guò)1650 ℃×3 h 試樣，試樣線變化率越來(lái)越小。

（4）隨著水泥量的增加，經(jīng)1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 處理后， 試樣的狹縫寬度逐漸變窄， 經(jīng)過(guò)1450 ℃×3 h 處理后的狹縫寬度最窄。