近年來(lái)，在耐火材料工業(yè)中耐火制品生產(chǎn)和需求總體上呈下降的趨勢(shì)，但不定形耐火材料的生產(chǎn)和使用卻有所增長(zhǎng)，這可保證節(jié)省大量動(dòng)力、材料資源和勞動(dòng)力費(fèi)用。在所用種類(lèi)的不定形耐火材料中，低水泥澆注料得到最廣泛應(yīng)用，這是由于傳統(tǒng)的含5%~15%CaO的耐火澆注料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期改進(jìn)發(fā)展的結(jié)果。在研究澆注料時(shí)對(duì)減少水泥（CaO）含量和改善熱機(jī)械性能給予很大重視。
用低水泥耐火澆注料制成的內(nèi)襯使用于與高溫接觸的區(qū)域，所以內(nèi)襯的使用壽命將由操作過(guò)程中內(nèi)襯所具有的性能指標(biāo)來(lái)決定。因此，強(qiáng)化澆注料的燒結(jié)過(guò)程，以保證其更致密，減少氣孔數(shù)量和尺寸，是擺在我們面前急需解決的問(wèn)題。
針對(duì)這一問(wèn)題，我們進(jìn)行了使用易熔成分作剛玉質(zhì)低水泥澆注料的燒結(jié)助劑的研究。
根據(jù)MgO—CaO—Al2O3—Cr2O3—SiO2—ZrO2六組分系的二元平衡圖和三元平衡圖的分析，可確定出易熔混合物的最佳組成。
由于使用高鋁水泥，因此在系統(tǒng)中預(yù)測(cè)有氧化鋁和氧化鈣的存在。按照以下三元平衡圖預(yù)測(cè)了易熔混合物的成分：CaO—MgO—Al2O3；CaO—Al2O3—SiO2；CaO—Al2O3—Cr2O3；CaO—Al2O3—ZrO2。
對(duì)上述平衡圖的分析結(jié)果表明，易熔混合物的最佳組成時(shí)CaO—Al2O3系組成，其熔融溫度為1395℃。
易熔成分對(duì)剛玉質(zhì)低水泥澆注料物理機(jī)械性能、顯微結(jié)構(gòu)和組成影響的研究是在相等的工藝參數(shù)值（骨料顆粒組成、混合型結(jié)合劑單位面積、骨料和混合型結(jié)合劑的比例、水量、振動(dòng)參數(shù)）及澆注料中CaO含量不變的條件下進(jìn)行的。表1列出了剛玉質(zhì)澆注料的化學(xué)成分。
應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于組成I（不含易熔成分）而言，CaO含量不變能使高鋁水泥數(shù)量有些下降，這無(wú)疑會(huì)影響到混合型結(jié)合劑的活性。
剛玉質(zhì)澆注料的性能測(cè)定方法與制品性能測(cè)定的常用標(biāo)準(zhǔn)方法是一樣的。
表1 剛玉質(zhì)澆注料的計(jì)算化學(xué)成分
研究表明，增加易熔成分含量和強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程可導(dǎo)致熱處理后的澆注料的開(kāi)口氣孔率下降。對(duì)于不含易熔成分的組成Ⅰ而言，開(kāi)口氣孔率變化范圍為17.3%~16.4%；而對(duì)于組成Ⅱ和Ⅲ而言，變化范圍則分別為18.9%~15.1%和21.0%~14.3%（見(jiàn)表2）。
表2 熱處理溫度對(duì)剛玉質(zhì)澆注料性能的影響
含易熔成分?jǐn)?shù)量最多的澆注料在干燥后有著最小的耐壓強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)指出，干燥后的澆注料的機(jī)械強(qiáng)度不是決定性準(zhǔn)數(shù)，因?yàn)樗蟹N類(lèi)熱工窯爐的整體內(nèi)襯都要受到加熱，對(duì)操作性能最重要的是熱處理后澆注料的強(qiáng)度。
根據(jù)得到的數(shù)據(jù)可知，剛玉質(zhì)澆注料組成中增加易熔成分可導(dǎo)致熱處理后澆注料的強(qiáng)度提高。例如：在1650℃下試樣烘焙后，組成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的耐壓強(qiáng)度分別為69.1MPa、93.7MPa和110.9MPa。
巖相研究表明，傳統(tǒng)剛玉質(zhì)澆注料（組成Ⅰ）在1400℃下烘燒1h后，其結(jié)合劑燒結(jié)較弱。添加易熔成分的剛玉質(zhì)澆注料燒結(jié)得很好，有著間斷的玻璃相膜。玻璃相存在說(shuō)明燒結(jié)過(guò)程中伴有熔體。
差熱分析的數(shù)據(jù)證實(shí)了在燒結(jié)剛玉質(zhì)澆注料時(shí)所發(fā)生的物理化學(xué)過(guò)程被易熔成分活化。
含有易熔成分的混合型結(jié)合劑的熱譜圖特征是在1480℃下產(chǎn)生放熱效應(yīng)，六鋁酸鈣（CA6）結(jié)晶說(shuō)明此效應(yīng)存在。在不含易熔成分的試驗(yàn)熱譜圖上，該放熱效應(yīng)僅在1450℃時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)，這說(shuō)明CA6在較高的溫度下結(jié)晶。在X—射線圖譜上，這種化合物的衍射強(qiáng)度較高，說(shuō)明在加有易熔成分時(shí)，CA6產(chǎn)生較活躍的結(jié)晶。
根據(jù)在0.2N·mm-2荷重下軟化開(kāi)始溫度測(cè)定的結(jié)果，查明混合型結(jié)合相組分比例的變化沒(méi)有引起該指標(biāo)發(fā)生較大的變化。雖然，這是由于結(jié)合劑粘度相當(dāng)高和不反應(yīng)熔體的數(shù)量不多所致。用在1400℃下烘焙、并保溫1h的試樣進(jìn)行了測(cè)定。
以時(shí)間計(jì)的燒結(jié)過(guò)程由下式描述：
da/dT=Ko·（-E/RT）·（1—α）n（1）式中：α—表示材料燒結(jié)程度（Y/Ymax）的參數(shù)：Y—線收縮；Ymax—試樣最大收縮；T—溫度；t—時(shí)間；E—燒結(jié)過(guò)程的活化能；R—通用氣體常數(shù)；n—燒結(jié)程度指數(shù)；K0—因數(shù)。
根據(jù)在兩個(gè)加熱速度時(shí)得到的澆注料收縮數(shù)據(jù)，對(duì)組成Ⅰ和組成Ⅲ而言，得出相對(duì)收縮率與溫度的關(guān)系α=f（T）。
按相對(duì)收縮率隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，確定了燒結(jié)過(guò)程速度的變化da/dt=f（t）。
燒結(jié)過(guò)程的活化能按下列方程組確定：
W1=K0·exp（—E/RT1）·（1-α）n
W1=K0·exp（-E/RT2）·（1—α）n
（2）式中：w1和w2—燒結(jié)過(guò)程速度。在該方程組中，K0、E（1—α）n在兩個(gè)方程式中時(shí)相等的。
第一個(gè)方程除以第二個(gè)方程，得到的方程取決數(shù)，確定出活化能：
E=（R·1nw1/w2）/（1/T2-1/T1） （3）式的數(shù)據(jù)在不等溫情況下，針對(duì)w不同值，求出燒結(jié)過(guò)程的溫度及其相應(yīng)的速度，在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算出活化能的值。
為了求出動(dòng)力學(xué)方程式的K0因數(shù)和n次指數(shù)，將方程式（1）改變?yōu)橐韵滦问剑?/FONT>
In[w·exp（E/RT）]=InK0+n·In（1-α1）
In[w2·exp（E/RT2）]=InK0+n·In（1-α2）（5）
根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，繪制出了In[w·exp（E/RT）]與n·In（1—α）之前關(guān)系的圖表。
在近似的直線上選出兩點(diǎn)，將此兩點(diǎn)的實(shí)際座標(biāo)代入方程式組（5）。
解出方程式組，求出K0和n。
這樣，在方程式（1）中求出組成Ⅰ和Ⅲ的所有不變值（E、K0和n）。
在除以變數(shù)和積分后，得到了描述燒結(jié)過(guò)程的方程式。
對(duì)得到的動(dòng)力學(xué)方程式的分析表明，添加易熔成分能加速燒結(jié)：燒結(jié)過(guò)程的活化能由285KJ·mol-1降到192KJ·mol-1，燒結(jié)溫度由1650℃降至1550℃。
因此，認(rèn)定用易熔成分可以強(qiáng)化剛玉質(zhì)低水泥澆注料的燒結(jié)過(guò)程，此易熔成分能保證燒結(jié)過(guò)程的正常進(jìn)行，隨后由于與澆注料各組分反應(yīng)，生成難熔化合物，但它并不影響澆注料的耐火性能，該易熔成分相當(dāng)于在1385℃下熔融的CaO—Al2O3系易熔混合物的成分。
