金屬鋁及鋁合金不僅化學(xué)活性高，而且其熔液的流動性極好。鋁液在750℃時的黏度與20℃的水相當(dāng)接近，這也是其易向爐襯內(nèi)部滲透和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要原因。在鋁液同耐火材料相接觸的溫度下，鋁起強(qiáng)化還原劑作用，耐火澆注料中的SiO2、TiO2、FeO等氧化物要被鋁還原。所以同鋁液接觸的爐襯材料必須具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。同時要求其具有良好的抗熱震性，較高的致密度和體積穩(wěn)定性，不易被金屬液潤濕和滲透。
試驗
原料選擇及配比
試驗選用的原料主要有特級高鋁礬土顆粒(0~1、1~3、3~5和5~8mm)，棕剛玉(0.074mm)，純鋁酸鈣水泥，埃肯920U硅灰，煅燒α—Al2O3微粉，活性α—Al2O3微粉，石英粉和廣西白泥，減水劑為三聚磷酸鈉。主要原料的化學(xué)成分列于表1。
表1 主要原料的化學(xué)成分(w) %
試驗工選用4種配方，骨料/基質(zhì)均為68/32，減水劑、石英粉和硅灰的用量均一致。表2列出了各配方的主要變化部分。
表2 熔鋁爐用耐火澆注料實驗配比(w) %
試樣制備及檢測
按設(shè)計配比稱取各原料，置于攪拌鍋中攪拌約1min，加適量水?dāng)嚢?min至料具有良好流動性，振動成型制成40mm×40mm×160mm試樣，自然養(yǎng)護(hù)1d脫模，110℃養(yǎng)護(hù)24h后分別進(jìn)行不同溫度熱處理并檢測其強(qiáng)度等性能指標(biāo)。
結(jié)果與討論
試樣不同溫度處理后的強(qiáng)度結(jié)果列于表3。
表3 各配方試樣的強(qiáng)度測試結(jié)果
由表3結(jié)果，減少純鋁酸鈣水泥的用量，試樣的烘干強(qiáng)度也隨之降低，表明在常溫下試樣的強(qiáng)度主要由純鋁酸鈣水泥提供。用活性α—Al2O3替代部分煅燒α—Al2O3，可使其在較低溫度下發(fā)生水化或與體系中的SiO2發(fā)生反應(yīng)生成莫來石，與純鋁酸鈣水泥共同作用提高了樣品的耐壓強(qiáng)度及高溫抗折強(qiáng)度，表現(xiàn)為A和B配方結(jié)果之差。添加廣西白泥，其礦物成分主要是高嶺石，使體系在800℃左右開始出現(xiàn)液相。促進(jìn)澆注料體系在中溫下的燒結(jié)，表現(xiàn)為C配方具有較高的1000℃燒后冷態(tài)強(qiáng)度;D配方含有較高的活性α—Al2O3微粉和較低的水泥用量，因此其1000℃以下的強(qiáng)度較低，但其1000℃熱處理后的冷態(tài)強(qiáng)度提高顯著，可能因為水泥水化物比較少，加入引起的水化物結(jié)構(gòu)變化及體積變化比較小，同時活性α—Al2O3微粉及SiO2微粉與純鋁酸鈣水泥共同作用形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以保持其形狀至較高溫度，高溫下其與體系中其他物質(zhì)的反應(yīng)程度也比較高，從而提高了樣品經(jīng)1000℃熱處理后的冷態(tài)強(qiáng)度。表4是各配方樣品不同熱處理溫度后的體積密度、縣氣孔率加熱永久線變化的結(jié)果。
表4 試樣的體積密度、縣氣孔率及線變化結(jié)果
表4結(jié)果表明，A、B、D配方制品的顯氣孔率均隨著熱處理溫度升高而增大，但差距不大;C配方由于添加了廣西白泥，使得體系可以在相對比較低的溫度下出現(xiàn)液相發(fā)生燒結(jié)，促使材料致密化，從而提高了體積密度。
A和B配方水泥含量較多，1000℃處理后水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致體積變化較大，反映在其永久線變化較大，為-0.1%左右。
結(jié)論
試樣烘干強(qiáng)度隨著純鋁酸鈣水泥含量的增加而增大。添加白泥可以促進(jìn)試樣在中溫下燒結(jié)，提高試樣中溫性能。綜合對比各配方的試驗結(jié)果，根據(jù)熔鋁爐工作特點，擬采用C配方作為生產(chǎn)配方。
