鎂質耐火材料具有抗堿性熔渣侵蝕性能優異，氧潛能指數低，不污染鋼水，原料來源豐富等優點，在鋼鐵冶金工業尤其是潔凈鋼的生產和建材工業等的高溫熱工設備中有著廣闊的應用前景。鎂質澆注料的使用性能同其結合系統直接相關。結合劑選擇不當，澆注料在干燥過程中會因水化而龜裂，在高溫下會因低熔點相過多而明顯降低爐襯的使用壽命。在鎂質澆注料的結合系統中，MgO-SiO?-H?O、MgO-MgCl?-H?O和ρ-Al?O?因同MgO生成液相的溫度高(分別為1800℃、2800℃和1995℃)而受到重視。本文主要研究了上述3類結合劑對鎂質澆注料性能的影響。

試 驗

1.1 原料

澆注料采用電熔鎂砂為主要原料。電熔鎂砂的粒度分別為5~3mm、3~1mm、1~0mm和<0.088mm，其化學組成(w)為：MgO 96.58%，CaO 1.05%，SiO? 0.86%，Fe?O? 0.63%。氧化硅微粉為ElkemU971,其中w(SiO?)為0.96.84%。氯化鎂為工業級，其中w(MgCl?•6H?O)>98%。ρ-Al?O?原料中w(Al?O?)為93.45%，灼減為6.10%，d50約5μm。

1.2 試樣的制備及性能檢測

采用一定的顆粒級配，改變結合劑的種類和加入量，加水混合均勾后振動成型為40mm×40mm×160mm的試樣，室溫下養護24h后脫模，經110℃24h、1100℃3h和1600℃3h處理，然后測量試樣的顯氣孔率、耐壓強度和抗折強度。

將110℃24h干燥后的試樣于100℃沸水中浸漬5h后測量其抗折強度，并計算抗折強度殘余率(浸漬后抗折強度/浸漬前抗折強度×100%)。抗折強度殘余率越大，表明材料的抗水化性能越好。

結果與討論

2.1 結合劑對110℃24h干燥后試樣的耐壓強度、顯氣孔率和抗水化性能的影響

采用SiO?微粉、MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑，改變結合劑加入量，制備的鎂質澆注料在110℃24h干燥后的耐壓強度和顯氣孔率見圖1。結果表明：隨著結合劑含量的增加，澆注料的耐壓強度逐漸提高，顯氣孔率有所下降。采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，澆注料的耐壓強度明顯高于采用ρ-Al?O?的。

選取較理想的結合劑含量(SiO?微粉4%，MgCl?•6H?O 2%，ρ-Al?O? 4%)，研究了3種結合劑結合的鎂質澆注料的抗水化性能，結果見圖2。可以看出：采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，材料抗水化試驗后的抗折強度殘余率高，材料的抗水化性能優良;而ρ-Al?O?結合澆注料的抗水化性能較差。這主要同結合劑的水化反應機理有關。SiO?微粉和MgCl?•6H?O水化過程中通過和MgO發生反應(反應型)，分別在鎂砂顆粒表面逐漸形成MgO-SiO?-H?O凝膠和氯氧鎂凝膠層，阻礙了MgO的水化反應，對顆粒內部的MgO起到保護作用;而ρ-Al?O?結合劑水化過程中同鎂砂反應困難(非反應型)，水化反應后主要生成三水鋁石和勃姆石凝膠，填充于鎂砂顆粒之間起到結合作用，但由于未能同鎂砂反應生成保護層，澆注料中鎂砂同水的接觸面多，易于發生水化反應，因此，澆注料的抗水化性能較差。此外，SiO?微粉能明顯改善澆注料的成型性能，降低澆注料的顯氣孔率，這是加入SiO?微粉的澆注料抗水化性能優良的另一個重要原因。

2.2 結合劑對1100℃3h熱處理后試樣的耐壓強度和顯氣孔率的影響

結合劑對1100℃3h熱處理后的鎂質澆注料的耐壓強度和顯氣孔率的影響見圖3。與110℃24h干燥后的試樣相比，在結合劑種類和含量相同的情況下，經1100℃3h熱處理后的試樣，其顯氣孔率明顯提高，而耐壓強度則出現不同程度的降低，其中以MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑的澆注料的強度下降較大。這主要是由于加熱過程中水化物的分解反應引起的。隨著處理溫度的升高，澆注料中的水化物逐漸脫去結晶水和結構水，凝膠結構被破壞，而材料中尚未形成陶瓷結合，因此結合強度降低。從理論上講，當3種結合劑所形成的水化物3MgO•2SiO?•2H?O、Al(OH)?+Al0OH和5Mg(OH)?•MgC1?•8H?O完全發生分解反應時，其質量損失率分別為139、26.19和54.49。由此可見，MgC1?•6H?O和ρ-Al?O?結合系統在加熱過程中的質量損失率高，材料結構破壞較大，澆注料強度損失大。

2.3 結合劑對1600℃3h燒成后試樣的耐壓強度的影響

結合劑對1600℃3h燒成后鎂質澆注料耐壓強度的影響見圖4。可以看出，隨著結合劑含量的提高，澆注料的耐壓強度呈現不同的變化規律：隨著SiO?微粉含量的增加，澆注料的耐壓強度增大;繼續增加SiO?微粉含量，澆注料的耐壓強度下降。氯氧鎂結合劑的分解產物為MgO,對鎂質耐火材料的耐壓強度影響較小。隨著ρ-Al?O?加入量的提高，澆注料的耐壓強度逐漸降低，這主要同材料中鎂鋁尖晶石的生成反應有關，當ρ-Al?O?加入量較多時，尖晶石化反應所引起的體積膨脹效應會造成材料的組織結構疏松，使澆注料的耐壓強度降低。

結 論

(1)對于110℃24h干燥后試樣，采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，試樣的耐壓強度和抗水化性能優于采用ρ-Al?O?為結合劑的試樣。

(2)采用MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑時，1100℃3h熱處理后澆注料的耐壓強度明顯下降。

(3)對于1600℃3h燒成后的澆注料，其耐壓強度隨SiO?微粉含量的增加先增大后減小，隨ρ-Al?O?加入量的增大明顯降低，而MgCl?•6H?O對其耐壓強度的影響較小。