近年來，鋁鎂質(zhì)澆注料已在各大鋼廠的鋼包渣線以下工作層部位廣泛使用，目前大部分是采用這種澆注料生產(chǎn)成預(yù)制磚的形式進(jìn)行使用，其骨料主要使用電熔白剛玉、棕剛玉或燒結(jié)板狀剛玉。隨著爐外精煉技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)鋼包用耐火材料提出了更高的要求。隔熱耐火材料越靠近工作面，其隔熱節(jié)能效果越好。隨著對(duì)節(jié)能減排要求的提高，能在工作面直接使用的高強(qiáng)度、耐高溫、抗侵蝕的隔熱耐火材料的開發(fā)研究備受重視。因此，作為直接接觸鋼水的無碳澆注料，其輕量化發(fā)展對(duì)于鋼鐵企業(yè)的節(jié)能降耗來說是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的。

　　在鋼包無碳澆注料中，氧化鋁骨料在整個(gè)磚體中的比例為70%~80%，故骨料性能對(duì)整個(gè)耐火磚性能的影響非常大。2010年，有日本媒體報(bào)道了某日本耐火材料公司研發(fā)出的一種能充當(dāng)鋼包內(nèi)襯的高耐用性輕質(zhì)Al2O3-MgO-C磚，這種磚主要利用一種顯氣孔率為3.2%、體積密度為3.36g/cm3的特殊氧化鋁骨料取代原有的熔融氧化鋁骨料，在其他性能基本未變的基礎(chǔ)上使Al2O3-MgO-C磚本身的重量和熱導(dǎo)率都降低了10%左右。

　　國內(nèi)對(duì)這方面的研究已經(jīng)開展，有研究人員采用兩種自制的微孔骨料，在鋁鎂澆注料中替代板狀剛玉使用，替代后澆注料的體積密度、熱導(dǎo)率更低，抗渣性能略差。基于此，研究人員主要以某公司研制開發(fā)的輕量化燒結(jié)剛玉和燒結(jié)板狀剛玉為原料，研究了這兩種原料在鋼包無碳預(yù)制磚中的應(yīng)用的性能差異。

　　對(duì)比試驗(yàn)

　　原料的選用。試驗(yàn)用主要原料有：輕量化燒結(jié)剛玉、燒結(jié)板狀剛玉、電熔鎂砂細(xì)粉、活性α-Al2O3微粉，以鋁硅凝膠粉為結(jié)合劑，外加少量減水劑等。

　　試驗(yàn)過程。研究人員按照事先制定的配比進(jìn)行配料（A配比中板狀剛玉顆粒比例為80%，B配比中輕量化燒結(jié)剛玉顆粒比例為80%，其余電熔鎂砂細(xì)粉、活性α-Al2O3微粉、鋁硅凝膠粉等含量均相同），將所配料在攪拌機(jī)中干混1分鐘~2分鐘，加入適量的水，繼續(xù)攪拌2分鐘~3分鐘，拌好的料具有較好的施工流動(dòng)性能，再澆注振動(dòng)成型為40mm×40mm×160mm長條樣，70mm×70mm×70mm、中心為?準(zhǔn)(20mm~30mm) ×40mm大小孔的渣堝試樣，?準(zhǔn)10mm×50mm測(cè)量熱膨脹試樣，以及?準(zhǔn)180mm×20mm的熱導(dǎo)率測(cè)定試樣。試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后脫模，然后經(jīng)110℃環(huán)境下24小時(shí)、1000℃環(huán)境下3小時(shí)和1550℃環(huán)境下3小時(shí)高溫處理。

　　性能檢測(cè)。研究人員按照YB/T5200-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量顯氣孔率和體積密度，按照YB/T5201-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度，按照YB/T4130-2005測(cè)量300℃和600℃下的熱導(dǎo)率，按照GB/T7320.1-2000標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試熱膨脹率。

　　同時(shí)，研究人員進(jìn)行了靜態(tài)抗渣試驗(yàn)：在渣堝試樣孔中放入20g轉(zhuǎn)爐終渣，并在1600℃下保溫3小時(shí)，試樣冷卻后沿中心線切開，對(duì)抗渣情況進(jìn)行評(píng)判。試驗(yàn)用鋼渣化學(xué)主成分為：SiO2含量7.2%，Al2O3含量39.67%，CaO含量39.49%，MgO含量5.68%，MnO含量1.78%，F(xiàn)e2O3含量2.37%。

　　分析與結(jié)論

　　兩種剛玉骨料對(duì)澆注料一般物理性能的影響。由兩組試樣經(jīng)110℃烘烤后，試樣B的體積密度比試樣A的低0.15g/cm3左右，顯氣孔率升高約1.0%。這主要是因?yàn)樘砑虞p量化燒結(jié)剛玉骨料可以小幅度降低試樣的體積密度，這種新型剛玉骨料的顯氣孔率較板狀剛玉略高，導(dǎo)致試樣的顯氣孔率稍增大。

　　兩組試樣經(jīng)1000℃處理后的耐壓及抗折強(qiáng)度均最低，1550℃處理后的強(qiáng)度最高。對(duì)比試樣A和試樣B的強(qiáng)度指標(biāo)，可看出兩者經(jīng)不同溫度處理后的強(qiáng)度差異不大，其中110℃和1000℃處理后，試樣B的強(qiáng)度較試樣A的還略大，1550℃處理后的強(qiáng)度略低一些。由此可見，以輕量化燒結(jié)剛玉作為骨料對(duì)試樣強(qiáng)度影響不大，常溫及中溫強(qiáng)度還有小幅度增大。

　　由試樣A和B經(jīng)不同溫度處理后的線變化率、不同溫度下的熱導(dǎo)率圖可見，經(jīng)1000℃和1550℃處理后，試樣均呈微膨脹，但試樣B經(jīng)1550℃處理后的線變化率較試樣A的要低0.2%左右；從300℃和600℃下檢測(cè)的熱導(dǎo)率結(jié)果來看，溫度升高，試樣的熱導(dǎo)率也隨之升高，試樣B的熱導(dǎo)率較A的明顯要低0.200W/mK左右。可見以輕量化燒結(jié)剛玉作為骨料，試樣的熱導(dǎo)率會(huì)明顯降低，同時(shí)試樣仍為微膨脹，且膨脹量會(huì)有小幅度減小。

　　抗渣性能及熱膨脹性能。由試樣經(jīng)1600℃靜態(tài)抗渣試驗(yàn)后的渣堝切面圖可見，試樣A的抗渣侵蝕和滲透性能都非常好，而試樣B的抗侵蝕性能與試樣A相當(dāng)，但抗?jié)B透性要稍差一些，約有2mm的滲透層。抗?jié)B透性能略差一些應(yīng)與試樣的顯氣孔率偏高有關(guān)，輕量化燒結(jié)剛玉的顯氣孔率較板狀剛玉略高，導(dǎo)致澆注料試樣顯氣孔率略偏高。由板狀剛玉和輕量化燒結(jié)剛玉500倍和1000倍下的斷面顯微結(jié)構(gòu)圖可見，板狀剛玉的晶粒內(nèi)部有一些大小在1μm~2μm的封閉氣孔，從輕量化燒結(jié)剛玉的斷面顯微結(jié)構(gòu)圖來看，其晶粒內(nèi)部的氣孔數(shù)量明顯比板狀剛玉的多，其臨界孔徑大小在8μm，小孔集中在2μm左右，孔以封閉狀態(tài)為主。

　　由試樣的從室溫升高至1500℃的熱線膨脹性能曲線可見，隨著溫度的升高，試樣均呈逐漸增大的趨勢(shì)。1300℃以前，試樣A的膨脹率一直略高于試樣B，1300℃~1500℃兩者膨脹率相當(dāng)。

　　經(jīng)試驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)：

　　其一，利用輕量化燒結(jié)剛玉取代板狀剛玉所制備的鋼包無碳預(yù)制磚，經(jīng)110℃處理后體積密度下降約0.15g/cm3(約4.5%)，顯氣孔率升高約1.0%。

　　其二，添加輕量化燒結(jié)剛玉為鋼包無碳預(yù)制磚骨料對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度影響不大，110℃和1000℃處理后強(qiáng)度有小幅度升高，1550℃高溫處理后強(qiáng)度略減小。

　　其三， 以輕量化燒結(jié)剛玉為骨料，所制備的鋼包無碳預(yù)制磚高溫?zé)�后線變化率較以板狀剛玉的試樣低約0.2%，且在1300℃以下的熱線膨脹率較板狀剛玉試樣低。

　　其四，以輕量化燒結(jié)剛玉為骨料所制備的鋼包無碳預(yù)制磚，其300℃和600℃下的熱導(dǎo)率較使用板狀剛玉的低0.200W/mK左右。

　　其五，以輕量化燒結(jié)剛玉為骨料所制備的鋼包無碳預(yù)制磚的抗渣侵蝕性能與板狀剛玉相當(dāng)，但抗?jié)B透性能略差一些。