摘 要：研究了一種活性氧化鋁粉對剛玉質(zhì)澆注料體積密度、顯氣孔率、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、抗熱震性能和抗渣性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明：活性氧化鋁粉代替部分硅微粉沒有影響材料的加水量和流動性；加入部分活性氧化鋁粉能夠提高材料的體積密度、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度；加入部分活性氧化鋁粉有利于提高材料高溫下的熱震性能和抗渣性能；活性氧化鋁粉的加入量不能過多，加入量太多不利于材料性能的提高。

原料特性對澆注料的性能有顯著的影響。澆注料的高溫性能取決于相組成，與原料的純度和化學(xué)組成密切相關(guān)[1]。澆注料的硅微粉和活性氧化鋁微粉由于其特殊的顆粒尺寸分布使得其能夠填充到耐火磚和澆注料的骨料間隙和大顆粒粉體粒子之間所殘留的空隙中。用于澆注料時(shí)，可以大幅度的降低加水量，同時(shí)在大顆粒之間起到潤滑的作用，可以最大程度地減少澆注料的松散現(xiàn)象。

硅微粉的出現(xiàn)為開發(fā)低水分、低水泥和超低水泥澆注料做出了極大貢獻(xiàn)，利用硅微粉的特殊性能能夠極大的提高澆注料的中溫強(qiáng)度，但同時(shí)也限制了澆注料的使用溫度[2,3]。而加入部分高性能的活性氧化鋁在不定形耐火材料中能夠提高坯體密度、流動性、強(qiáng)度，提高二次莫來石生成量等，降低加水量和氣孔率等性能[4]。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

本試驗(yàn)采用的主要原料板狀剛玉（10～5、5～3、3～1、≤1和≤0.088 mm）、硅微粉、活性氧化鋁粉、水泥等。主要原料化學(xué)組分見表1。

表1 主要原料的化學(xué)組成

采用馬爾文3000激光粒度儀和氮吸附比表面儀對硅微粉和活性氧化鋁粉的粒度和比表面積進(jìn)行檢測，結(jié)果見表2。

表2 硅微粉和活性氧化鋁粉的粒度及比表面積

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方案見表3。

表3 配方表

1.3 試樣制備

將原料按照配比混合均勻后在水泥攪拌機(jī)中攪拌均勻后，體積密度、顯氣孔率、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、水冷熱震保持率及熱態(tài)抗折強(qiáng)度所需試樣振動成型為160 mm×40 mm×40 mm的樣塊，抗渣性能檢測試樣振動成型為外形尺寸70 mm×70 mm×70 mm，內(nèi)孔尺寸直徑Φ43 mm×35 mm的坩堝樣塊。樣品制備好后養(yǎng)護(hù)12 h，脫模后，在自然條件下干燥24 h，再在110℃烘箱里干燥24 h，然后進(jìn)行性能測試。

分別按照GB/T 2997—2015、GB/T 3001—2017、GB/T 5072—2008、GB/T 5988—2007測試110℃保溫24 h、1300℃保溫3 h、1500℃保溫3h測試體積密度、顯氣孔率、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度和加熱永久線變化，按照GB/T 3002—2017測試1450℃保溫0.5 h高溫抗折強(qiáng)度，將樣條在1500℃保溫3 h燒后做1100℃保溫20 min三次水冷熱震后測抗折強(qiáng)度保持率，測試1500℃保溫3 h的抗渣性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性氧化鋁粉對鋁硅系澆注料物理性能影響

不同加入量的活性氧化鋁粉和對鋁硅系澆注料體積密度和顯氣孔率的影響見圖1、圖2所示。隨著活性氧化鋁加入量的增加，硅微粉加入量的減少顯氣孔率先增加再下降然后增加、體積密度則是先下降再增加然后下降。

圖1 不同加入量的活性氧化鋁粉對體積密度的影響

圖2 不同加入量的活性氧化鋁粉對顯氣孔率的影響

2.2 活性氧化鋁粉對鋁硅系澆注力學(xué)性能的影響

不同加入量的活性氧化鋁粉對鋁硅系材料抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度和線變化的影響見圖3、圖4、圖5所示。隨著活性氧化鋁加入量的增加，硅微粉加入量的減少抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度是先增加再減少，試樣H2的強(qiáng)度達(dá)到最大值。這是由于低溫下Al2O3細(xì)粉附著于硅灰所形成的網(wǎng)狀鏈上，使試樣具有較高的低溫強(qiáng)度；而隨著溫度的升高1200℃以后由于活性氧化鋁和硅微粉的反應(yīng)形成較大的莫來石晶體，由于莫來石的針狀交錯(cuò)晶體和原網(wǎng)絡(luò)鏈的雙重作用，提供給試樣較高的中、高溫?zé)髲?qiáng)度，活性氧化鋁粉有利于高溫下莫來石相的形成，根據(jù)莫來石生成的條件，配方中根據(jù)氧化鋁粉和氧化硅粉配方H2可以達(dá)到形成莫來石的最大量，所以強(qiáng)度最大；而隨著活性氧化鋁粉含量的增加，過多的活性氧化鋁粉會與鋁酸鈣水泥形成液相，不利于材料的高溫性能。

圖3 不同活性氧化鋁粉加入量對抗折強(qiáng)度的影響

圖4 不同活性氧化鋁粉加入量對耐壓強(qiáng)度的影響

圖5 不同活性氧化鋁粉加入量對線變化率的影響

2.3 活性氧化鋁粉對鋁硅系材料熱震保持率和高溫抗折強(qiáng)度的影響

不同加入量的活性氧化鋁粉對鋁硅系材料熱震性能保持率的影響以及高溫抗折強(qiáng)度的影響見圖6和圖7所示。隨著硅微粉加入量的減少，活性氧化鋁粉加入量的增加熱震強(qiáng)度保持率先降低再增大然后降低，高溫抗折強(qiáng)度同樣的規(guī)律。這是由于H2試樣配方的產(chǎn)生大量的莫來石，有利于熱震性能的提供，和高溫下性能的提高，而過多的活性氧化鋁粉則會跟鋁酸鈣水泥性能低熔相，會降低材料給的高溫性能。

圖6 不同活性氧化鋁加入粉加入量對1100℃保溫20 min三次水冷熱震后抗折強(qiáng)度的影響

圖7 不同活性氧化鋁粉加入量對1450℃保溫0.5 h高溫抗折強(qiáng)度的影響

2.4 抗渣性能的影響

不同加入量的活性氧化鋁粉對鋁硅系材料抗渣性能的影響見圖8所示。根據(jù)抗渣性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，H0抗折性能最差，H2抗渣性能最好。

表4 鋼渣成分（w/%）

圖8 不同活性氧化鋁粉加入量對材料抗渣性能的影響

對H0和H2兩個(gè)樣做電鏡分析，其顯微分析結(jié)果如圖9和圖10。

圖1 0 H0顯微結(jié)構(gòu)圖片

圖1 1 H2顯微結(jié)構(gòu)圖片

圖中9試樣H0的氣孔較多，爐渣通過這些氣孔不斷向澆注料的內(nèi)部滲透，從鋼渣成分的化學(xué)分析看出，鋼渣中存在大量的CaO、Fe2O3等低熔物，這些低熔物進(jìn)入試樣后形成鋁酸四鈣及鋁酸鈣等低熔點(diǎn)相，對試樣進(jìn)行不斷的侵蝕。圖10中試樣H2中加入了活性氧化鋁粉和試樣中剩余的硅微粉容易形成莫來石相，隨著莫來石相的形成體積會伴隨一定的體積膨脹，使?jié)沧⒘系慕Y(jié)構(gòu)更加致密，體積密度增大、氣孔率降低，能夠有效阻止鋼渣的侵蝕，能夠提高材料的抗渣性能；而過多的活性氧化鋁粉的加入，除了形成莫來石，也會和鋁酸鈣水泥形成CA6,CA6的形成也有一定的體積膨脹，而體積膨脹過大，將導(dǎo)致澆注料中的缺陷增多，抗渣性能下降。

3 結(jié)論

(1）活性氧化鋁粉的加入有利于在高溫下和硅微粉結(jié)合形成莫來石相，增加材料的高溫性能；

(2）活性氧化鋁粉的加入量有控制，一般加入量不能超過3%，不然不利于材料高溫性能的提高。