水泥加入量对刚玉基浇注料性能的影响

王文寰，马伟平，郝立可

（唐山市国亮特殊耐火材料有限公司，河北 唐山063021）

刚玉基浇注料具有抗渣性好， 抗剥落和抗侵蚀性好的优点， 因而被广泛应用于钢包包底功能性耐火材料。 使用板状刚玉为主要原料的试样具有良好的常温及高温物理性能、抗渣侵蚀性及抗热振性。铝酸钙水泥对刚玉基浇注料性能的影响一直受到人们的关注[1-2]。随着冶金技术的不断进步，耐火材料使用环境越来越苛刻，对材料也提出了更高的要求。本文主要研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉基浇注料性能的影响。

1 试验

1.1 原料

采用板状刚玉、氧化铝微粉、纯铝酸钙水泥及减水剂为原料。 原料化学成分如表1 所示。

1.2 试验方案

试验方案如表2 所示。

2 试样制备及性能检则

将原料按配比混合均匀， 放入搅拌机搅拌均匀后， 参照振动浇注料的成型方法制备40 mm×40 mm×160 mm 试样， 试样一端插入两个0.2 mm×30 mm×60 mm 的塑料基片，两个基片的距离约10 mm。脱模后，分别按YB/T 5200-1993、YB/T 5201-1993、YB/T 5203-1993 测试经110 ℃×24 h、1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h、1650 ℃×3 h 处理后试样的显气孔率、体积密度、抗折强度、耐压强度、线变化率以及烧后狭缝的宽度（以可插入塞尺的厚度为参考）。

表1 原料的化学成分 （%）

表2 试验方案

3 结果与讨论

3.1 水泥加入量对显气孔率和体积密度的影响

水泥加入量对不同温度处理后浇注料的显气孔率和体积密度的影响如图1、图2 所示。 随着水泥量的增加，烘干试样的显气孔率逐渐降低，这是由于水泥水化生成的水化物填充了气孔， 随着水泥量的增多，水化物也增多[3]，填充了试样更多的气孔；水泥加入量对烘干后样块的体积密度的影响不大。 1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h、1650℃×3 h 处理后， 试样的显气孔率增加， 体积密度降低，主要因为在加热的过程中，有二铝酸钙和六铝酸钙生成，六铝酸钙的生成过程伴随着体积膨胀，随着水泥量的增加，膨胀增大，从而造成了试样的体积密度减小，显气孔率增加[4]。

3.2 水泥加入量对试样抗折强度和耐压强度的影响

水泥加入量对不同温度处理后浇注料抗折强度和耐压强度的影响如图3、图4 所示。 从图中可以看出，1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550℃×3 h、1650 ℃×3 h 处理后， 试样的抗折强度和耐压强度随着水泥量的增加而增大， 主要是由于经过高温处理，生成了六铝酸钙，六铝酸钙具有熔点高、抗渣及抗侵蚀性优良等特点[5-7]，并且具有优先形成片状或者板状晶体的特性[8-10]，因此可以作为第二相引入到刚玉基材料中，以提高材料的力学性能。六铝酸钙呈板片状穿插在基质中，使机制结合更加紧密，从而增大了试样的强度，生成的六铝酸钙越多，试样的强度越大。

图1 不同温度处理后浇注料的显气孔率变化图

图2 不同温度处理后浇注料的体积密度变化图

图3 不同温度处理后浇注料的抗折强度变化图

图4 不同温度处理后浇注料的耐压强度变化图

3.3 水泥加入量对线变化率的影响

水泥加入量对不同温度处理后浇注料线变化率的影响如图5 所示。 随着水泥量的增加，经1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h 处理后，试样的线变化率均增大，主要因为经中高温处理后，有较多的六铝酸钙生成，六铝酸钙的生成会带来体积膨胀，从而增大了试样的线变化率，其中经1450℃×3 h 处理后的试样线变化率较高，因为在1450 ℃左右有较多六铝酸钙生成， 但经过1650 ℃×3 h，试样从膨胀变为收缩，主要因为样块烧结，生成了液相，从而使体积发生收缩，随着水泥量的增加，六铝酸钙的生成量增加，体积发生膨胀，对其收缩体积产生补偿，使得随着水泥量的增加，试样收缩率越来越小。

图5 不同温度处理后浇注料的线变化率变化图

3.4 水泥加入量对狭缝的影响

水泥加入量对不同温度处理后浇注料狭缝宽度的影响如图6 所示。从图中可以看出，随着水泥量的增加， 经1250 ℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550℃×3 h 处理后，试样的的狭缝宽度逐渐变窄（根据可通过塞尺厚度进行参考）， 在经过1450 ℃×3 h 处理后，试样的狭缝最窄，由于在此温度下试样生成的六铝酸钙最多，导致试样的膨胀也最大，经1650 ℃×3 h处理后，由于试样的烧结造成的体积收缩和六铝酸钙的体积膨胀相互影响，试样狭缝的宽度变化随水泥加入量没有明显的变化规律。

图6 不同温度处理后浇注料狭缝宽度变化图

4 结论

（1）随着水泥量的增加，经110 ℃×24 h 处理后，试样的气孔率逐渐降低，体积密度变化不大；经1250℃×3 h、1350 ℃×3 h、1450 ℃×3 h、1550 ℃×3 h 及1650 ℃×3 h 处理后，试样的显气孔率增加，体积密度降低。

（2）随着水泥量的增加，经1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 及1650 ℃×3 h 处理后，试样的抗折强度和耐压强度逐渐增大。

（3）随着水泥量的增加，经1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 处理后， 试样的线变化率增大， 其中经1450 ℃×3 h 处理后的试样线变化率较高，经过1650 ℃×3 h 试样，试样线变化率越来越小。

（4）随着水泥量的增加，经1250 ℃×3 h、1350℃×3 h、1450 ℃×3 h 及1550 ℃×3 h 处理后， 试样的狭缝宽度逐渐变窄， 经过1450 ℃×3 h 处理后的狭缝宽度最窄。