耐火浇注料

检 验 结 果

1 、引言
　　 最近十几年，耐火浇注料取代耐火砖的趋势持续增加，特别是低水泥浇注料，因其具有优异的流动性能和物理性能，在钢铁行业得到广泛应用。最初的耐火浇注料仅由水泥和骨料组成，随后又以优化浇注料的性能，如施工性能和可施工时间等为目的，又加入了反絮凝剂和细骨料。
　　 为了配制自流浇注料，其组成和骨料系统的颗粒级配必须仔细的选择，因为颗粒级配是影响浇注料流变性能最重要因素之一。
　　 文中用 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之间的 Andreassen 模型来评价颗粒的堆积行为，用流动性试验中的流动锥和流动面来测定其流动性，目的在于研究颗粒级配、烧成温度、铝酸盐骨料类型和其它参数对自流浇注料流变性和物理性能的影响。

2 、实验过程

2 ． 1 原料和混合料
　　 混合料由板状刚玉、白刚玉、棕刚玉、煅烧铝矾土、煅烧氧化铝、活性氧化铝、硅微粉和高铝水泥组成。原料的基本化学组成列于表 1 ，并用 Philips PW 3710 型 X 荧光衍射仪分析其岩相组成。

表 1 原料的典型化学组成

制备不同颗粒级配的浇注料试样，其颗粒级配按 Andreassen 模型中 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之间进行配制。

式中： CPF T — 颗粒累计百分数； D —使用的颗粒最大直径； d —颗粒直径； n —颗粒级配参数。

2 ． 2 试样制备
　　 所有骨料系统的成分在 Hobar 混料机中干混 lmin ，然后加水湿混 4min ，直到具有流动性能。一部分浇注料用来做流动性测试，另一部分倒入模具中，不经过振动，制成 5 0 ㎜× 5 0 ㎜× 5 0 ㎜ 的试样，脱模后，试样在常温下养护 24h ，然后在 110 ℃ 干燥 18h ，分别在 1100 ℃ 、 1300 ℃ 、 1500 ℃ 的温度下烧成，保温 5h 。
　　 为了衡量浇注料的流动性能，进行流动性试验 C230 的测试。此实验包括一个流动锥和一个流动桌面。流动锥外径 70mm 、内径 100mm 、高度 70mm 。混合后，金属模具中填满自流浇注料，在不经过振动的情况下被提起。 10min 后，测量的浇注料在桌面上的扩展直径，就是浇注料的流动值。试样的显气孔率和体积密度用水浸法 (DIN51056) 进行测定。

3 、结果和讨论

3 ． 1 颗粒级配的影响
图 1 示出了 Andreassen 方程中 n 值在 0.2 0 ～ 0.25 之间变化时，用板状刚玉作骨料，不同颗粒级配的浇注料流动值变化的对比关系。

图 1 不同颗粒级配参数下自流值的变化对比

　　实验结果表明， n 值为 0.23 时，浇注料的流动性最好，大概在此值下，颗粒之间的摩擦很小，颗粒堆积很致密，。调整颗粒级配是获得自流性能首要考虑的因素，那么选择参数 n 值为 0.23 的颗粒级配，能获得满意的结果。

3 ． 2 烧成温度的影响
3 ． 2 ． 1 常温耐压强度
　　 在 11 0 ℃ 下干燥 18h 之后的浇注料试样，分别在 1100 ℃ 、 1300 ℃ 、 1500 ℃ 下烧成，并保温 5h ，然后测定其耐压强度。烧成温度对 n 值为 0.23 的浇注料耐压强度的影响如图 2 所示。

图 2 n=0.23 时烧成温度对常温耐压强度的影响

　　当骨料系统与水反应后形成水合相，而水合相反过来减少了浇注料的强度。通过烧成，产生了烧结和颗粒之间的陶瓷结合，促进了浇注料强度的增加。
　　 因此，图 2 表明，烧成温度提高时，试样的耐压强度也随之提高。在 1100 ℃ 烧成之后，结构中产生刚玉相 (α-A1 2 O 3 ) 、钙斜长石，和莫来石相。刚玉和莫来石有助于浇注料强度的增加。当烧成温度增加到 1300 ℃ ，除产生以上的晶相外，还产生 CA 6 相，它能抑制钙斜长石的生成。 150 0 ℃ 烧成之后，发现刚玉、钙斜长石、莫来石和六铝酸钙相都存在，而钙斜长石相进一步减少了。

3 ． 2 ． 2 显气孔率
　　 图 3 示出了烧成温度对 n 为 0.23 的浇注料显气孔率的影响。烧成温度初始增加时，显气孔率也随之增加，但是当烧成温度增加到 1500 ℃ 时，显气孔率开始出现降低，这可以解释为高温下细骨料熔融，因而使结构中的气孔封闭。

图 3 当 n=0.23 时烧成温度对显气孔率的影响

3 ． 3 试样中不同氧化铝原料的影响
　　 表 2 示出了用不同氧化铝作原料时制备的样块的性能。 n 为 0.23 的浇注料用板状刚玉作原料时，自流性能似乎最理想。也可以说，白刚玉和棕刚玉可作为生产自流浇注料的替代原料。然而浇注料用煅烧铝矾土时，要获得好的流动性能，振动是很必要的。

表 2 n=0.23 时用不同类型的刚玉原料制得的浇注料的性能

3 ． 4 硅微粉的影晌
3 ． 4 ． 1 流动直径
　　 硅微粉的加入量对 n 为 0.23 的浇注料流动直径的影响如图 4 所示。

图 4 硅微粉含量对浇注料自流直径的影响

　　由图可见，随着硅微粉含量的增加，流动直径增大。当硅微粉量增加到 12 ％时，流动直径反而降低。在此类浇注料系统中，如果增加细粉和超细粉的用量，就会产生絮凝趋势，这种作用反而会引起流动性能的降低。在浇注料中引入硅微粉，能改善颗粒的堆积形态，减少加水量，填充结构内间隙而降低气孔率并使其具有适宜的机械强度。

3 ． 4 ． 2 显气孔率
　　 图 5 示出了硅微粉加入量对 n 为 0.23 自流浇注料显气孔率的影响。
　　 硅微粉以其等轴和超细粉形态，填充结构内的间隙而引起浇注料的显气孔率降低。

图 5 硅微粉对浇注料显气孔率的影响

3 ． 5 煅烧氧化铝的影响
　　 图 6 示出煅烧氧化铝含量对自流浇注料流动性的影响。
　　 随着煅烧氧化铝含量增加，浇注料的流动性随之增加，但是正如上面提到的一样，加入量继续增加时，也会产生絮凝作用。

3 ． 6 显微结构分析
3 ． 6 ． 1 不同烧成温度下的显微结构
　　 图 7(a) 是板状刚玉质自流浇注料在 110 0 ℃ 烧后的显微结构照片，基质的主要部分是刚玉 (α-A1 2 O 3 ) 相，钙斜长石 (CAS) 广泛分布于液态结合相中，结构中还可见到氧化铝和硅微粉形成的莫来石晶相。除此之外，显微结构中还见到水泥颗粒、晶坯和起泡现象。 1300 ℃ 烧后的显微结构示于图 7(b) ，产生的晶相与 1100 ℃ 烧后的晶相相同。图 7(c) 显示的是 1500 ℃ 烧后的显微照片，在此温度下，产生了低熔点的玻璃相，如钙铝黄长石 (2CaO 2 · Al 2 O 3 · SiO 2 ) 和钙斜长石 (CaO · A1 2 O 3 · SiO 2 ) 。

图 6 煅烧氧化铝含量对浇注料自流直径的影响

图 7 在不同烧成温度下烧成 5h 后的板状刚玉质自流浇注料的 SEM 照片

(a) 110 0 ℃ ； (b) 130 0 ℃ ； (c) 150 0 ℃

C- 刚玉； A- 钙斜长石； M- 莫来石； G- 钙铝黄长石；

H- 六铝酸钙； Ce- 水泥； CAS- CaO · A1 2 O 3 · SiO 2

图 8 使用不同类型的氧化铝制得的浇注料在 130 0 ℃ 下 烧成 5h 后的 SEM 照片

(a) 白刚玉； (b) 煅烧氧化铝

H- 六铝酸钙 (CA 6 ) ； B-CaO ， Al 2 O 3 ， Fe 2 O 3 ， TiO 2 ， SiO 2 的混合物

3 ． 6 ． 2 不同氧化铝的显微结构分析
　　 图 8(a) 是白刚玉质自流浇注料的显微照片，主要基质是刚玉相，还有前面所说的硅酸盐相。除了这些以外，结构中还有六铝酸钙相 (CA 6 ) ，它是氧化钙和氧化铝在 1300 ℃ 以上反应形成的，此晶相在改善浇注料的机械强度方面具有重要的作用。图 8(b) 是铝矾土质自流浇注料的显微照片，由于铝矾土原料中含有较多的杂质，因此这些杂质在结构中产生了混合物。

4 、结论
基于以上的分析结果，可以得出有关自流浇注料的以下结论：
　　 ①使用的 n 值为 0.23 或 0.22 ；②硅微粉加入量为 9 ％；③煅烧氧化铝的加入量为 12 ％；④使用的原料为板状刚玉、白刚玉和棕刚玉；⑤高温下烧成。