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(qiáng)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(qiáng)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(xì)粉（15～8 mm、8～3 mm、3～1 mm、1～0.074 mm、≤0.074 mm）、紅柱石顆粒和細(xì)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(xué)組成如表1所示。

表1 主要原料的化學(xué)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(jī)中干混均勻后，加水?dāng)嚢韬蠓謩e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(hù)24 h后脫模。將試樣經(jīng)110℃保溫24 h烘干后，進(jìn)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(qiáng)度等性能指標(biāo)。

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?？梢钥闯觯嚇釉?10℃與1 100℃時，永久線變化率為負(fù)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(jìn)行二次莫來石反應(yīng)，進(jìn)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。可以看出，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(jìn)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(qiáng)度的影響

紅柱石加入量對試樣高溫抗折強(qiáng)度的影響見圖4?？梢姡S紅柱石加入量增大，試樣的高溫抗折強(qiáng)度也隨之增大。在紅柱石加入20%(w）時，此時高溫抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值3.53 MPa。相較于未加紅柱石的高溫抗折強(qiáng)度2.09 MPa，強(qiáng)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(qiáng)了基質(zhì)之間的結(jié)合，改善了試樣的高溫抗折強(qiáng)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(qiáng)度逐漸增加。

圖4 紅柱石加入量對試樣高溫抗折強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和荷重軟化溫度。