最近十幾年，耐火澆注料取代耐火磚的趨勢持續(xù)增加，特別是高鋁質低水泥自流澆注料，因其具有優(yōu)異的流動性能和物理性能，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛應用。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間等為目的，又加入了反絮凝劑和細骨料。
為了配制自流澆注料，其組成和骨料系統(tǒng)的顆粒級配必須仔細的選擇，因為顆粒級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模型來評價顆粒的堆積行為，用流動性試驗中的流動錐和流動面來測定其流動性，目的在于研究顆粒級配、燒成溫度、鋁酸鹽骨料類型和其它參數對自流澆注料流變性和物理性能的影響。
實驗過程
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 原料的典型化學組成
制備不同顆粒級配的澆注料試樣，其顆粒級配按Andreassen模型中n值在0.20~0.25之間進行配制。
試樣制備
所有骨料系統(tǒng)的成分在Hobar混料機中干混lmin，然后加水濕混4min，直到具有流動性能。一部分澆注料用來做流動性測試，另一部分倒入模具中，不經過振動，制成50mm>50mm>50mm的試樣，脫模后，試樣在常溫下養(yǎng)護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性能，進行流動性試驗C230的測試。此實驗包括一個流動錐和一個流動桌面。流動錐外徑70mm、內徑100mm、高度70mm。混合后，金屬模具中填滿自流繞注料，在不經過振動的情況下被提起。10min后，測量的澆注料在桌面上的擴展直徑，就是澆注料的流動值。試樣的顯氣孔率和體積密度用水浸法進行測定。
結果和討論
顆粒級配的影響
Andreassen方程中n值在0.20~0.25之間變化時，用板狀剛玉作骨料，不同顆粒級配的澆注料流動值變化的對比關系。
實驗結果表明，n值為0.23時，澆注料的流動性最好，大概在此值下，顆粒之間的摩擦小，顆粒堆積很致密。調整顆粒級配是獲得自流性能首要考慮的因素，那么選擇參數n值為0.23的顆粒級配，能獲得滿意的結果。
燒成溫度的影響
常溫耐壓強度
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，然后測定其耐壓強度。燒成溫度對n值為0.23的澆注料射壓強度的影響。
當骨料系統(tǒng)與水反應后形成水合相，而水合相反過來減少了澆注料的強度。通過燒成，產生了燒結和顆粒之間的陶瓷結合，促進了澆注料強度的增加。
因此表明，燒成溫度提高時，試樣的耐壓強度也隨之提高。在1100°C燒成之后，結構中產生剛玉相(a-Al2O3)、鈣斜長石和莫來石相。 剛玉和莫來石有助于澆注料強度的增加。當燒成溫度增加到1300℃，除產生以上的晶相外，還產生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，而鈣斜長石相進一步減少了。
顯氣孔率
燒成溫度對n為0.23的澆注料顯氣孔率的影響。燒成溫度初始增加時，顯氣孔率也隨之增加，但是當燒成溫度增加到1500°C時，顯氣孔率開始出現(xiàn)降低，這可以解釋為高溫下細骨料熔融，因而使結構中的氣孔封閉。
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，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自流澆注料的替代原料。然而澆注料用煆燒鋁礬土時，要獲得好的流動性能，振動是很必要的。
表2 n=0.23時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
流動直徑
硅微粉的加入量對n為0.23的澆注料流動直徑的影響。
隨著硅微粉含量的增加，流動直徑增大。當硅微粉量增加到12%時，流動直徑反而降低。在此類澆注料系統(tǒng)中，如果增加細粉和超細粉的用量，就會產生絮凝趨勢，這種作用反而會引起流動性能的降低。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，填充結構內問隙而降低氣孔率并使其具有適宜的機械強度。
顯氣孔率
硅微粉加入量對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粉形態(tài)，填充結構內的間隙而引起澆注料的顯氣孔率降低。
煅燒氧化鋁的影響
煅燒氧化鋁含量對自流澆注料流動性的影響。
隨著煅燒氧化鋁含量增加，澆注料的流動性隨之增加，但是正如上面提到的一樣，加如量繼續(xù)增加時，也會產生絮凝作用。
顯微結構分析
不同燒成溫度下的顯微結構
板狀剛玉質自流澆注料在1100℃燒后的顯微結構，基質的主要部分是剛玉(a-Al203)相，鈣斜長石(CAS)廣泛分布于液態(tài)結合相中，結構中還可見到氧化鋁和硅微粉形成的莫來石晶相。除此之外，顯微結構中還見到水泥顆粒、晶坯和起泡現(xiàn)象。1300℃燒后的顯微結構，產生的晶相與1100℃燒后的晶相相同。圖在此溫度下，產生了低熔點的玻璃相，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構分析
白剛玉質自流澆注料的主要基質是剛玉相，還有前面所說的硅酸鹽相。除了這些以外，結構中還有六鋁酸鈣相 (CA6)，它是氧化鈣和氧化鋁在1300°C以上反應形成的，此晶相在改善澆注料的機械強度方面具有重要的作用。鋁礬土質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，因此這些雜質在結構中產生了混合物。
結論
基于以上的分析結果，可以得出有關自流澆注料的以下結論：
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。
