1、前言概述

　　高性能剛玉-尖晶石澆注料在精煉鋼包內(nèi)襯上的使用也越來(lái)越廣泛，這得益于該澆注料具備純度高、強(qiáng)度高、耐磨性能好、抗渣性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。為了提高該澆注料的上述性能，耐火材料工作者在其中添加了微粉或者超微粉。然而，微粉的加入提高了澆注料的致密度，但氣孔通道的填充使得澆注料在升溫烘烤過(guò)程中水蒸氣不易排出，導(dǎo)致高性能剛玉-尖晶石澆注料在烘烤過(guò)程中常出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，尤其是整體施工的襯體和大型預(yù)制件。

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　　高性能澆注料抗爆裂性能較差主要有以下原因：一是加入的微粉填充較多微小氣孔，澆注料透氣性能降低，水蒸氣的排出受阻;二是微粉引入后并未形成一般水泥水化物，而形成凝膠或鈣鋁硅水化物，其在300℃以下脫水緩慢，難以形成排氣通道，而在300℃以上急劇脫水，釋放大量水蒸氣，造成內(nèi)部壓力急劇增大，當(dāng)壓力超過(guò)水化物所提供的極限強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致澆注料的爆裂破壞。

　　金屬鋁粉加入到水泥結(jié)合澆注料中可提高其透氣性，改善其抗爆裂性能，但其僅從金屬鋁粉與水反應(yīng)的發(fā)氣量、發(fā)起速率等角度進(jìn)行了分析。

　　2、金屬鋁粉對(duì)澆注料抗爆裂性能影響

　　隨著鋁粉加入量的增加，剛玉尖晶石澆注料試樣的抗爆裂溫度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明金屬鋁粉可提高剛玉尖晶石澆注料的抗爆裂性能，但當(dāng)其加入量大于0.075%時(shí)，澆注料的抗爆裂性能反而會(huì)降低。

　　3、金屬鋁粉對(duì)試樣透氣性的影響

　　隨著金屬鋁粉加入量的增大，澆注料透氣度呈先顯著增大，后緩慢增大，最后下降的趨勢(shì)。金屬鋁粉加入量超過(guò)0.075%之后，透氣度基本上不再增大，甚至略有減小;這與澆注料抗爆裂溫度隨鋁粉加入的變化趨勢(shì)具有高度的吻合性。由此說(shuō)明透氣度是抗爆裂性的敏感影響因素，提高透氣性是解決澆注料烘烤爆裂的關(guān)鍵。

　　4、金屬鋁粉對(duì)試樣氣孔影響

　　澆注料中金屬鋁粉的引入顯著改變了其孔徑分布。經(jīng)110℃烘干處理后，中位徑隨著金屬鋁粉含量的增加而穩(wěn)步增大，而當(dāng)鋁粉含量高于0.075%時(shí)，試樣氣孔的中位徑大幅增大。這是由于試樣經(jīng)110℃烘干處理，僅僅是鋁酸鈣水泥水化產(chǎn)物的脫水過(guò)程，各組分尤其是基質(zhì)部分顆粒之間只是簡(jiǎn)單的物理堆積，金屬鋁粉的引入則與水反應(yīng)生成H2造成較多氣孔，從而使得試樣的中位徑增大;當(dāng)鋁粉含量高于0.075%時(shí)，產(chǎn)生的氣體數(shù)量很大，發(fā)生氣孔聚集，即部分小氣孔集聚成大氣孔，使中位徑大幅增大。

　　澆注料中水蒸氣的逸散機(jī)制可采用湍流模型進(jìn)行描述。模型認(rèn)為，澆注料中大氣孔之間是由微氣孔連接起來(lái)的，且從氣孔連接部的微氣孔流出的水蒸氣流在大氣孔內(nèi)完全變成無(wú)方向的渦流。

　　5、金屬鋁粉對(duì)試樣的硬化過(guò)程影響

　　將加入不同量金屬鋁粉的澆注料加水?dāng)嚢韬笤?0℃恒溫箱中放置900min，采用自動(dòng)測(cè)溫儀測(cè)量澆注料溫度，以衡量金屬鋁粉對(duì)澆注料中水泥水化過(guò)程的影響。

　　與不加金屬鋁粉相比，添加金屬鋁粉的試樣的放熱峰均有所提前，且隨著金屬鋁粉加入量的增大，澆注料的放熱峰穩(wěn)步前移，說(shuō)明鋁粉對(duì)水泥水化有促進(jìn)作用。金屬鋁粉加入量分別為0.075%和0.100%的試樣，其放熱峰的時(shí)間相差很大，說(shuō)明當(dāng)加入量高于0.075%時(shí)，鋁粉對(duì)水泥水化的促進(jìn)作用顯著提高。

　　鋁粉發(fā)揮抗爆裂作用的主要機(jī)理在于：金屬鋁粉與水反應(yīng)生成H2，H2排出時(shí)形成貫通氣孔，提高了試樣的透氣度，為試樣溫度提高時(shí)水泥水化產(chǎn)物脫水產(chǎn)生的水蒸氣排出提供通道。眾所周知，只有當(dāng)H2排出過(guò)程與澆注料硬化過(guò)程重合時(shí)才有利于形成通道。當(dāng)鋁粉加入量較少時(shí)，反應(yīng)生成的H2已經(jīng)排完，澆注料仍然具有良好的流動(dòng)性，此時(shí)形成的通道再次被流動(dòng)的基質(zhì)阻塞，無(wú)法有效提高試樣的透氣度，發(fā)揮不了抗爆裂作用。當(dāng)鋁粉加入量過(guò)大時(shí)(如加入量≥0.100%)，鋁粉未完全反應(yīng)，而澆注料已經(jīng)硬化，一部分鋁粉繼續(xù)反應(yīng)生成的H2被封閉在澆注料中，烘烤過(guò)程中H2壓力迅速上升，致使?jié)沧⒘峡赡馨l(fā)生爆裂。因此，鋁粉過(guò)量，反而會(huì)降低澆注料的抗爆裂性能。

　　6、試樣的顯微結(jié)構(gòu)

　　添加金屬鋁粉后澆注料的氣孔的數(shù)目均有顯著增多。

　　隨著鋁粉加入量的增加，氣孔的孔徑也有增大的趨勢(shì)。這是由于當(dāng)鋁粉加入量較大時(shí)，較短時(shí)間內(nèi)鋁粉與水發(fā)生反應(yīng)生成較多的氣體，這些氣體在有澆注料粘性帶來(lái)阻力作用下緩慢排出，在排出過(guò)程中發(fā)生聚集現(xiàn)象而使得氣孔孔徑增大。