水泥加入量對剛玉基澆注料性能的影響

王文寰，馬偉平，郝立可

（唐山市國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)境越來越苛刻，對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 水泥加入量對顯氣孔率和體積密度的影響

水泥加入量對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^程中，有二鋁酸鈣和六鋁酸鈣生成，六鋁酸鈣的生成過程伴隨著體積膨脹，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 水泥加入量對試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響

水泥加入量對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 水泥加入量對線變化率的影響

水泥加入量對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，六鋁酸鈣的生成會帶來體積膨脹，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 水泥加入量對狹縫的影響

水泥加入量對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)可通過塞尺厚度進(jìn)行參考）， 在經(jīng)過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1650 ℃×3 h 試樣，試樣線變化率越來越小。

（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1450 ℃×3 h 處理后的狹縫寬度最窄。