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由于水泥回轉窯(榮盛耐材別大型干法回轉窯)窯口段的耐火內襯不僅要承受水泥熟料的強烈沖刷和磨損，且隨回轉窯每轉一周就要經(jīng)受一次(加熱–冷卻)溫度變化。所以要求窯口段耐火內襯具有良好的耐磨性及熱震穩定性。目前，采用的電熔白剛玉基耐火燒注料，價(jià)格昂貴，且中溫強度偏低，直接影響使用效果。本試驗采用耐磨性較好、價(jià)格低廉的榮盛耐材高鋁礬土熟料為基本原料，制成低成本耐火澆注料，并改善澆注料的中溫強度性能。另外，為了增加耐磨性和熱震穩定性，在基料中還加入不同比例的Sic粉制成高鋁質(zhì)耐磨澆注料。
1.1 試驗原料及其性能
試驗用原料主要為山西陽(yáng)泉榮盛耐材高鋁礬土熟料和連云港SiC粉，并添加6%的開(kāi)封純鋁酸鈣水泥結合劑，3%a-Al203微粉，1.5%的硅微粉和3%的軟質(zhì)粘土。其中主要原料的理化指標見(jiàn)表1。

表1 主要原料的理化指標

1.2 試樣制備
試樣級配控制見(jiàn)表2。試驗中，外加少量的減水劑和金屬鋁粉，加7%的水攪拌混合后在160mm40mm40mm的模具中振動(dòng)成型，養護24h后脫模，置于110℃24h烘干。然后一部分試品分別于110℃2h和1500℃2h熱處理。熱震試驗采用的試樣是將澆注料振動(dòng)成型成230mm114mm65mm的直形磚，烘干后經(jīng)過(guò)1500℃2h熱處理。

表2 試樣級配控制

1.3 性能測試方法
(1)顯氣孔率、耐壓強度、抗折強度的測試。分別按照國標GB/T 2997-1982、GB/T 5072-1985、GB/T 3001-1982進(jìn)行。
(2)耐磨性測試。使用噴沙法，其原理是利用高壓氣流攜帶1mm~1.5mm的SiC顆粒沖擊試樣表面，測量試樣沖擊前后的質(zhì)量M前，M后，然后計算磨損率θ=100x(M前-M后)/M前和耐磨性=l/θ。磨損率θ大，說(shuō)明試樣耐磨性差。
(3)熱震穩定性的測試。根據YB/T376.1-1995采用直形磚水急冷法，測定試樣受熱端面榮盛耐材破損一半的循環(huán)次數，由此判別其抗震性。
2 結果與討論
2.1 鋁酸鈣水泥對澆注料耐磨性的影響
高鋁質(zhì)耐磨澆注料中所用結合劑–鋁酸鈣水泥質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響其耐磨性。同一牌號的新舊水泥(新水泥指出廠(chǎng)不超過(guò)3個(gè)月，舊水泥指出廠(chǎng)超過(guò)1年以上)的初凝時(shí)間分別為65min和46rnin。用同一牌號的新舊水泥作為結合劑配制的澆注料，干燥后強度、耐磨性等指標相差較大，其中，用新水泥作結合劑的澆注料流動(dòng)性好、強度高、耐磨性也好。而用舊水泥作結合劑的澆注料，耐壓強度、抗折強度、耐磨性分別比前者下降52.6%、38.9%、45.7%，而且流動(dòng)性差，凝結快。
2.2 減水劑對澆注料耐磨性的影響
在保證澆注料和易性的條件下，應盡量減少用水量，以防止加水量過(guò)大而導致其結構疏松、強度下降、耐磨性變差。同時(shí)，加水量過(guò)多時(shí)，鋁酸鈣水泥水化反應雖能生成CAH10，但會(huì )發(fā)生以下晶型轉變過(guò)程：
CAH10→C2AH8 →C3AH6
A·aq-AH3
CAH10和C2AH8是介穩相，屬六方晶系，其晶體呈片狀或針狀，互相交錯重疊結合，可形成較強的結晶合生體。但轉變?yōu)榉€定的C3AH6和AH3，將使水泥石內游離水分及空隙體積大為增加，使晶體的結合變弱，因而導致水泥石結構疏松、強度降低、耐磨性變差。但水分過(guò)少會(huì )使水泥漿的流動(dòng)性降低，也不易獲得結構密實(shí)的水泥石。
因此為了降低用水量，提高澆注料的強度，在澆注料中加入占水泥用量1.0%~1.5%的減水劑，這樣在獲得同樣和易性條件下，可減水14.5%?17.5%，從而使其耐磨性提高35%左右。
2.3 SiC對澆注料耐磨性和熱震性能的影響
SiC屬于共價(jià)鍵化合物，強度大，耐磨性好，導熱率高。在高鋁質(zhì)澆注料中引入SiC，得到的結果見(jiàn)圖1。

圖1 SiC對澆注料耐磨性能的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著(zhù)SiC加入量增加，經(jīng)110℃x24h和1500℃x2h處理后的澆注料，其強度和耐磨性都有提高。其中前者是因加入的細度為0.044um的SiC粉能填補基質(zhì)部分氣孔，從而使結構更致密、強度提高，且SiC本身耐磨性較高，從而使澆注料的耐磨性提高;而后者主要是試樣經(jīng)過(guò)1500℃x2h熱處理后，澆注料內部得以燒結，所以耐磨性得以提高。但對經(jīng)1100℃x2h燒后的試樣，SiC加入量為5%時(shí)其耐壓強度和耐磨性存在一拐點(diǎn)，即摻量在5%之前強度和耐磨性隨SiC摻量的增加而提高，但當摻量大于5%后則均隨SiC摻量的增加而下降。這是因為SiC在高溫氧化氣氛中會(huì )發(fā)生氧化作用，即SiC+C02 – Si02 + C02而產(chǎn)物Si02能與α-Al203反應生成莫來(lái)石，產(chǎn)生體積膨脹，導致結構蔬松、顯氣孔率上升、強度下降，耐磨性也下降。
SiC在800℃?1100℃之間的抗氧化能力比1300℃-1500℃時(shí)的低。因為在800℃~1100℃時(shí)，SiC氧化生成的Si02結構蔬松，起不到充分保護底材的作用，而在1100℃以上，尤其在1300℃~1500℃之間，其氧化作用顯著(zhù)，此時(shí)生成的Si02氧化層薄膜覆蓋在SiC表面，阻礙了氧對SiC的進(jìn)一步接觸，所以抗氧化能力反而加強。當SiC加入量低于5%時(shí)，試樣經(jīng)過(guò)1100℃熱處理后，其內層的1100℃本身的難燒結性未充分顯現，尚不能影響澆注料的整體燒結，所以澆注料的耐壓強度呈上升趨勢;而當1100℃加入量超過(guò)5%時(shí)，SiC本身的難燒結性達到一定程度，導致澆注料整體燒結性變差。
澆注料的熱震次數隨SiC加入量的增加而提高(見(jiàn)圖2)。根據熱震因子R=P·γ/E·α(式中：P為材料強度，γ為材料的熱導率，E為材料的彈性模量，α為材料的熱膨脹系數)分析，SiC熱導率γ高，而線(xiàn)膨脹系數α小。因此，當SiC加入到澆注料中，能夠提高澆注料的抗熱震性。榮盛耐材別當SiC加入量超過(guò)5%，由于SiC細度較細，在基質(zhì)中形成連續相，能顯著(zhù)提高澆注料的熱傳導能力，使熱震次數顯著(zhù)增多，從而使澆注料具有更好的熱震穩定性。

 

圖2 SiC加入量對熱震性能的影響

2.4性能比較
將試驗料和某廠(chǎng)使用的高鋁質(zhì)耐磨澆注料進(jìn)行性能測試，其結果見(jiàn)表3。

表3 試驗料和某廠(chǎng)性能指標

表中3的使用料為某廠(chǎng)日產(chǎn)4000t熟料干法回轉窯窯窯口段使用的澆注料，經(jīng)分析其主骨料是白剛玉，但料中CaO量較高，屬普通水泥澆注料。與試驗料相比，顯然其線(xiàn)變化率較大，并且中溫和高溫耐壓強度都較低，磨損率高，耐磨性差。
3結論
(1) 高鋁質(zhì)澆注料耐磨性與結合劑鋁酸鈣水泥的性能相關(guān)，新出廠(chǎng)的水泥拌制的澆注料耐磨性較好。
(2) 通過(guò)加入1.5%的減水劑可減少拌合水量，增加制品的密度，將耐磨性提高35%。
(3) 加入SiC細粉使高鋁質(zhì)澆注料經(jīng)110℃24和1500℃2h處理后的耐磨性提高，但在1100℃2h處理后其耐磨性隨SiC加入量的增加是先增加后下降。
(4) 高鋁質(zhì)耐磨澆注料熱震穩定性隨SiC加入量的增加而增加，當加入量超過(guò)5%時(shí)熱震次數增加明顯。