在低水泥高鋁澆注料中引入10%、15%、20%(w)的紅柱石，研究了紅柱石加入量對澆注料高溫性能的影響。結(jié)果表明：紅柱石加入可以改善低水泥高鋁澆注料的體積穩(wěn)定性。隨著紅柱石加入量的增加，其荷重軟化溫度及高溫抗折強度呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。利用紅柱石高溫下莫來石化可以改善低水泥高鋁澆注料的高溫性能。

鋁硅系澆注料因具有原料來源廣、性價比高等優(yōu)點，在高溫行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1,2,3,4]。但鋁硅系耐火材料在高溫使用過程中受高溫荷重、溫度變化等作用普遍存在體積穩(wěn)定性差、剝落開裂等現(xiàn)象，影響了使用。紅柱石在高溫下會發(fā)生莫來石化反應(yīng)，具有微膨脹性，改變了鋁硅系耐火材料產(chǎn)品在長期高溫下收縮的弱點，提高了鋁硅系耐火材料的高溫體積穩(wěn)定性、高溫蠕變性等[5,6,7]，為此，研究紅柱石對低水泥高鋁澆注料荷重軟化溫度、高溫抗折強度等高溫性能的影響。

1 試驗

1.1 原料及試驗方案

本試驗采用高鋁礬土顆粒和細粉（15～8 mm、8～3 mm、3～1 mm、1～0.074 mm、≤0.074 mm）、紅柱石顆粒和細粉（3～1 mm、1～0.21 mm、≤0.074 mm）、氧化鋁微粉、硅微粉和鋁酸鈣水泥等作為主要原料。試驗所使用的主要原料化學組成如表1所示。

表1 主要原料的化學組成

骨料選用15～8 mm、8～3 mm、3～1 mm、1～0.074 mm四級配料，骨料與基質(zhì)的質(zhì)量比為68﹕32，固定試驗中的氧化鋁微粉、硅微粉和水泥配比，改變紅柱石和高鋁礬土的比例，試驗所用配比如表2所示。

表2 試驗配比

1.2 試樣制備

將配好的物料首先在攪拌機中干混均勻后，加水攪拌后分別澆注成160 mm×40 mm×40 mm和直徑50mm±0.5 mm、高度50 mm±0.5 mm的圓柱試樣，室溫下養(yǎng)護24 h后脫模。將試樣經(jīng)110℃保溫24 h烘干后，進行1 350℃熱處理后保溫3 h。分別采用GB/T 2997—2000、GB/T 5988—2007、GB/T 5989—2008、GB/T 3001—2007檢測烘干及熱處理后試樣的體積密度、顯氣孔率和永久線變化率，以及荷重軟化溫度、高溫抗折強度等性能指標。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅柱石加入量對試樣加熱永久線變化率的影響

紅柱石加入量對試樣加熱永久線變化率的影響見圖1?？梢钥闯?，試樣在110℃與1 100℃時，永久線變化率為負值且隨紅柱石加入量增多收縮變小。在1 350℃時，永久線變化率為正值且隨紅柱石加入量增多膨脹變大。在110℃收縮主要因為試樣內(nèi)自由水脫去導(dǎo)致的，不是受紅柱石加入量的影響。在1350℃膨脹的主要原因是因為試樣中的紅柱石在1 300℃左右開始轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?，莫來石化伴隨著一定的體積膨脹，且試樣中的剛玉相與游離的Si O2可以進行二次莫來石反應(yīng)，進一步膨脹[5]，隨紅柱石量的增大反應(yīng)生成的莫來石量越大，體積膨脹越明顯。因此引入一定量的紅柱石可以改善低水泥高鋁澆注料的體積穩(wěn)定性。

圖1 紅柱石加入量對試樣加熱永久線變化率的影響

2.2 紅柱石加入量對試樣顯氣孔率、體積密度的影響

紅柱石加入量對試樣顯氣孔率、體積密度的影響見圖2?？梢钥闯觯S紅柱石加入量的增多，試樣110℃的顯氣孔率呈逐漸遞增趨勢，而1 100℃和1 350℃的顯氣孔率呈現(xiàn)逐漸遞減趨勢且整體高于110℃的。不同溫度點的體積密度均是呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢。

本試驗是紅柱石等量取代高鋁礬土，紅柱石的體密大于高鋁礬土因此澆注料的體積密度呈上升趨勢。在1 350℃時顯氣孔率較高是由于紅柱石莫來石化微膨脹導(dǎo)致試樣內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，造成了顯氣孔率的增大。

圖2 紅柱石加入量對試樣顯氣孔率、體積密度的影響

2.3 紅柱石加入量對試樣荷重軟化溫度的影響

紅柱石加入量對試樣荷重軟化溫度的影響見圖3?？梢钥闯?，隨紅柱石加入量的增多，荷重軟化開始溫度T0.6逐漸提高，從未加紅柱石的1 440.7℃提高到了1 565.5℃，提高了約125℃。這是由于在高溫下紅柱石開始莫來石化，形成的莫來石具有交錯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高材料的荷重軟化溫度。同時試樣中紅柱石莫來石化產(chǎn)生的高硅液相與基質(zhì)中的Al2O3二次莫來石化帶來體積膨脹，莫來石化帶來的體積膨脹抵消了高溫壓載時試樣的收縮，從而提高了進一步提高了試樣的荷重軟化溫度。

圖3 紅柱石加入量對試樣荷重軟化溫度的影響

2.4 紅柱石加入量對試樣高溫抗折強度的影響

紅柱石加入量對試樣高溫抗折強度的影響見圖4?？梢?，隨紅柱石加入量增大，試樣的高溫抗折強度也隨之增大。在紅柱石加入20%(w）時，此時高溫抗折強度達到最大值3.53 MPa。相較于未加紅柱石的高溫抗折強度2.09 MPa，強度增加了約69%。這是由于紅柱石莫來石化形成互相交叉致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加強了基質(zhì)之間的結(jié)合，改善了試樣的高溫抗折強度。同時紅柱石莫來石過程中剩余的Si O2與試樣中的Al2O3發(fā)生二次莫來石反應(yīng)，隨著紅柱石加入量的增加莫來石生成量逐漸增加，使試樣內(nèi)部更加緊密，因此高溫抗折強度逐漸增加。

圖4 紅柱石加入量對試樣高溫抗折強度的影響

3 結(jié)論

(1）低水泥高鋁澆注料中添加紅柱石，可以明顯改善低水泥高鋁澆注料的體積穩(wěn)定性。

(2）加入20%(w）紅柱石較未加入紅柱石的試樣的荷重軟化開始溫度提高了約125℃，高溫抗折強度提高了約69%。引入紅柱石可顯著改善低水泥高鋁澆注料的高溫抗折強度和荷重軟化溫度。