最近十幾年，耐火澆注料取代耐火磚的趨勢(shì)持續(xù)增加，特別是高鋁質(zhì)低水泥自流澆注料，因其具有優(yōu)異的流動(dòng)性能和物理性能，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。最初的耐火澆注料僅由水泥和骨料組成，隨后又以優(yōu)化澆注料的性能，如施工性能和可施工時(shí)間等為目的，又加入了反絮凝劑和細(xì)骨料。
為了配制自流澆注料，其組成和骨料系統(tǒng)的顆粒級(jí)配必須仔細(xì)的選擇，因?yàn)轭w粒級(jí)配是影響澆注料流變性能最重要因素之一。
文中用n值在0.20~0.25之間的Andreassen模型來評(píng)價(jià)顆粒的堆積行為，用流動(dòng)性試驗(yàn)中的流動(dòng)錐和流動(dòng)面來測定其流動(dòng)性，目的在于研究顆粒級(jí)配、燒成溫度、鋁酸鹽骨料類型和其它參數(shù)對(duì)自流澆注料流變性和物理性能的影響。
實(shí)驗(yàn)過程
原料和混合料
混合料由板狀剛玉、白剛玉、棕剛玉、煅燒鋁礬土、煅燒氧化鋁、活性氧化鋁、硅微粉和高鋁水泥組成。原料的基本化學(xué)組成列于表1，并用熒光衍射儀分析其巖相組成。
表1 原料的典型化學(xué)組成
制備不同顆粒級(jí)配的澆注料試樣，其顆粒級(jí)配按Andreassen模型中n值在0.20~0.25之間進(jìn)行配制。
試樣制備
所有骨料系統(tǒng)的成分在Hobar混料機(jī)中干混lmin，然后加水濕混4min，直到具有流動(dòng)性能。一部分澆注料用來做流動(dòng)性測試，另一部分倒入模具中，不經(jīng)過振動(dòng)，制成50mm>50mm>50mm的試樣，脫模后，試樣在常溫下養(yǎng)護(hù)24h，然后在110°C干燥18h，分別在1100°C、1300°C、1500°C的溫度下燒成，保溫5h。
為了衡量澆注料的流動(dòng)性能，進(jìn)行流動(dòng)性試驗(yàn)C230的測試。此實(shí)驗(yàn)包括一個(gè)流動(dòng)錐和一個(gè)流動(dòng)桌面。流動(dòng)錐外徑70mm、內(nèi)徑100mm、高度70mm。混合后，金屬模具中填滿自流繞注料，在不經(jīng)過振動(dòng)的情況下被提起。10min后，測量的澆注料在桌面上的擴(kuò)展直徑，就是澆注料的流動(dòng)值。試樣的顯氣孔率和體積密度用水浸法進(jìn)行測定。
結(jié)果和討論
顆粒級(jí)配的影響
Andreassen方程中n值在0.20~0.25之間變化時(shí)，用板狀剛玉作骨料，不同顆粒級(jí)配的澆注料流動(dòng)值變化的對(duì)比關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，n值為0.23時(shí)，澆注料的流動(dòng)性最好，大概在此值下，顆粒之間的摩擦小，顆粒堆積很致密。調(diào)整顆粒級(jí)配是獲得自流性能首要考慮的因素，那么選擇參數(shù)n值為0.23的顆粒級(jí)配，能獲得滿意的結(jié)果。
燒成溫度的影響
常溫耐壓強(qiáng)度
在110t下干燥18h之后的澆注料試樣，分別1100℃、1300℃、1500℃下燒成，并保溫5h，然后測定其耐壓強(qiáng)度。燒成溫度對(duì)n值為0.23的澆注料射壓強(qiáng)度的影響。
當(dāng)骨料系統(tǒng)與水反應(yīng)后形成水合相，而水合相反過來減少了澆注料的強(qiáng)度。通過燒成，產(chǎn)生了燒結(jié)和顆粒之間的陶瓷結(jié)合，促進(jìn)了澆注料強(qiáng)度的增加。
因此表明，燒成溫度提高時(shí)，試樣的耐壓強(qiáng)度也隨之提高。在1100°C燒成之后，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生剛玉相(a-Al2O3)、鈣斜長石和莫來石相。 剛玉和莫來石有助于澆注料強(qiáng)度的增加。當(dāng)燒成溫度增加到1300℃，除產(chǎn)生以上的晶相外，還產(chǎn)生CA6相，它能抑制鈣斜長石的生成。1500C燒成之后，發(fā)現(xiàn)剛玉、鈣斜長石、莫來石和六鋁酸鈣相都存在，而鈣斜長石相進(jìn)一步減少了。
顯氣孔率
燒成溫度對(duì)n為0.23的澆注料顯氣孔率的影響。燒成溫度初始增加時(shí)，顯氣孔率也隨之增加，但是當(dāng)燒成溫度增加到1500°C時(shí)，顯氣孔率開始出現(xiàn)降低，這可以解釋為高溫下細(xì)骨料熔融，因而使結(jié)構(gòu)中的氣孔封閉。
試樣中不同氧化鋁原料的影響
表2示出了用不同氧化鋁作原料時(shí)制備的樣塊的性能。n為0.23的澆注料用板狀剛玉作原料時(shí)，自流性能似乎最理想。也可以說，白剛玉和棕剛玉可作為生產(chǎn)自流澆注料的替代原料。然而澆注料用煆燒鋁礬土?xí)r，要獲得好的流動(dòng)性能，振動(dòng)是很必要的。
表2 n=0.23時(shí)用不同類型的剛玉原料制得的澆注料的性能
硅微粉的影響
流動(dòng)直徑
硅微粉的加入量對(duì)n為0.23的澆注料流動(dòng)直徑的影響。
隨著硅微粉含量的增加，流動(dòng)直徑增大。當(dāng)硅微粉量增加到12%時(shí)，流動(dòng)直徑反而降低。在此類澆注料系統(tǒng)中，如果增加細(xì)粉和超細(xì)粉的用量，就會(huì)產(chǎn)生絮凝趨勢(shì)，這種作用反而會(huì)引起流動(dòng)性能的降低。在澆注料中引入硅微粉，能改善顆粒的堆積形態(tài)，減少加水量，填充結(jié)構(gòu)內(nèi)問隙而降低氣孔率并使其具有適宜的機(jī)械強(qiáng)度。
顯氣孔率
硅微粉加入量對(duì)n為0.23自流澆注料顯氣孔率的影響。
硅微粉以其等軸和超細(xì)粉形態(tài)，填充結(jié)構(gòu)內(nèi)的間隙而引起澆注料的顯氣孔率降低。
煅燒氧化鋁的影響
煅燒氧化鋁含量對(duì)自流澆注料流動(dòng)性的影響。
隨著煅燒氧化鋁含量增加，澆注料的流動(dòng)性隨之增加，但是正如上面提到的一樣，加如量繼續(xù)增加時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生絮凝作用。
顯微結(jié)構(gòu)分析
不同燒成溫度下的顯微結(jié)構(gòu)
板狀剛玉質(zhì)自流澆注料在1100℃燒后的顯微結(jié)構(gòu)，基質(zhì)的主要部分是剛玉(a-Al203)相，鈣斜長石(CAS)廣泛分布于液態(tài)結(jié)合相中，結(jié)構(gòu)中還可見到氧化鋁和硅微粉形成的莫來石晶相。除此之外，顯微結(jié)構(gòu)中還見到水泥顆粒、晶坯和起泡現(xiàn)象。1300℃燒后的顯微結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的晶相與1100℃燒后的晶相相同。圖在此溫度下，產(chǎn)生了低熔點(diǎn)的玻璃相，如鈣鋁黃長石(2CaCVAl2(VSi02)和鈣斜長石(CaO-AI203·Si02)。
不同氧化鋁的顯微結(jié)構(gòu)分析
白剛玉質(zhì)自流澆注料的主要基質(zhì)是剛玉相，還有前面所說的硅酸鹽相。除了這些以外，結(jié)構(gòu)中還有六鋁酸鈣相 (CA6)，它是氧化鈣和氧化鋁在1300°C以上反應(yīng)形成的，此晶相在改善澆注料的機(jī)械強(qiáng)度方面具有重要的作用。鋁礬土質(zhì)自流澆注料的顯微照片，由于鋁礬土原料中含有較多的雜質(zhì)，因此這些雜質(zhì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了混合物。
結(jié)論
基于以上的分析結(jié)果，可以得出有關(guān)自流澆注料的以下結(jié)論：
①使用的n值為0.23或0.22；②硅微粉加入量為9%；③煅燒氧化鋁的加入量為12%；④使用的原料為板狀剛玉、白剛玉和棕剛玉；⑤高溫下燒成。
