鋁尖晶石質(zhì)澆注料容積穩(wěn)定性好，但是發(fā)現(xiàn)存在所添加的分散劑種類不同而導(dǎo)致產(chǎn)生膨脹很大的現(xiàn)象。到目前為止一直認(rèn)為鋁尖晶石質(zhì)的膨脹是由于CaO·6Al2O3生成量增加所導(dǎo)致的。但經(jīng)過試驗(yàn)表明:添加聚偏磷酸鈉生成Ca3(PO4)2，會(huì)出現(xiàn)膨脹。 

1前言 

鋁鎂質(zhì)和鋁尖晶石質(zhì)澆注料廣泛用于以鋼包為主的各種窯爐。特別是鋁尖晶石質(zhì)澆注料是由氧化鋁原料和尖晶石原料組成，所以不像鋁鎂質(zhì)澆注料那樣生成尖晶石而膨脹，容積穩(wěn)定性比較好。關(guān)于隨著鋁鎂質(zhì)和鋁尖晶石質(zhì)澆注料加熱而產(chǎn)生膨脹的問題，之前有過許多報(bào)道。一般認(rèn)為氧化鋁與高鋁水泥中的CaO在高溫下反應(yīng)生成了CaO·6Al2O3(以下簡(jiǎn)稱CA6)，并導(dǎo)致了熱膨脹。另外也有報(bào)道指出:如果有石英粉共存，則會(huì)促進(jìn)生成CA6，膨脹加劇。 

在研究對(duì)鋁尖晶石質(zhì)澆注料膨脹影響的過程中發(fā)現(xiàn)，添加聚偏磷酸鈉時(shí)發(fā)生了異常膨脹(圖1)。目前為止還沒有關(guān)于聚偏磷酸鈉對(duì)鋁尖晶石質(zhì)澆注料膨脹影響的報(bào)道。因此，本文對(duì)聚偏磷酸鈉對(duì)鋁尖晶石質(zhì)澆注料燒成后殘余膨脹的影響進(jìn)行了研究。 

2試驗(yàn) 

2.1試樣組成 

試驗(yàn)所用配料組成列于表1。主原料使用電熔氧化鋁、尖晶石和高鋁水泥。為了更明顯地檢測(cè)出對(duì)膨脹的影響，原料尺寸確定為1mm以下，反應(yīng)性更高。1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)試樣，其聚偏磷酸鈉添加量分為3個(gè)水平;4號(hào)試樣添加磷酸不含鈉;5號(hào)試樣用于比較使用，添加了聚丙烯酸。 

2.2試驗(yàn)方法 

配料中添加11.5%水，使用通用攪拌機(jī)混合3min。將混合物澆注到模型(25mm×25mm×120mm)中，在室溫下養(yǎng)生24h。養(yǎng)生后脫模，測(cè)量尺寸，然后于110℃干燥24h，再于1500℃加熱處理3h。根據(jù)JISR2554(耐火澆注料的線變化率試驗(yàn)方法)的規(guī)定求出線變化率。生成的礦物相用XRD鑒定。燒成后的顯微結(jié)構(gòu)用SEM觀察，同時(shí)用EPMA進(jìn)行了元素分析。另外還用熱力學(xué)平衡計(jì)算軟件FactSage對(duì)平衡生成相進(jìn)行了模擬。 

3試驗(yàn)結(jié)果 

3.1線變化率 

圖2示出了1500℃加熱后的殘余線變化率。添加聚偏磷酸鈉的2號(hào)試樣和添加磷酸水溶液的4號(hào)試樣出現(xiàn)了膨脹，而添加聚內(nèi)烯酸的5號(hào)試樣卻產(chǎn)生了收縮。 

3.2生成的礦物相 

圖4示出了2號(hào)和5號(hào)試樣的X射線衍射圖。兩者在CA6峰值強(qiáng)度上幾乎沒有差異，生成的礦物沒有發(fā)現(xiàn)不同。圖5示出了聚偏磷酸鈉添加量與CA6第一峰值強(qiáng)度的關(guān)系。即使增加聚偏磷酸鈉添加量，CA6生成量幾乎也沒有變化。 

3.3顯微結(jié)構(gòu) 

圖6示出了1號(hào)和2號(hào)試樣的顯微結(jié)構(gòu)。兩者在基質(zhì)中都發(fā)現(xiàn)了針狀結(jié)晶，但是顯微結(jié)構(gòu)沒有明顯的差異。 

圖7示出了1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)試樣的反射電子組成圖像(COMPO)和P、Ca的分布。在添加聚偏磷酸鈉的2號(hào)和3號(hào)試樣中發(fā)現(xiàn)局部存在Ca和P聚集的區(qū)域。用橢圓表示的部分，其組成是CaO∶P2O5=2.4∶1。根據(jù)組成比可以確定是磷酸三鈣Ca3(PO4)2。2號(hào)試樣Ca和P聚集的地方的放大圖示于圖8。在Ca和P濃度大的顆粒周圍可以觀察到存在大約10～20μm的空隙。 

3.4平衡生成相的模擬 

改變磷酸量并于1500℃下對(duì)平衡生成相進(jìn)行了模擬，其結(jié)果示于圖9。如果增加磷酸量，CA6的生成量減少，而Ca3(PO4)2的生成量則增加。 

4研究 

對(duì)向鋁尖晶石質(zhì)澆注料中添加聚偏磷酸鈉而引起膨脹的問題進(jìn)行了研究。以前認(rèn)為鋁尖晶石質(zhì)澆注料的膨脹是受到了生成的CA6的影響，但根據(jù)圖5結(jié)果顯示，添加聚偏磷酸鈉而出現(xiàn)的膨脹，并沒有受到CA6的影響。加熱后膨脹大的試樣是因?yàn)樯闪薈a3(PO4)2。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Ca3(PO4)2的熱膨脹系數(shù)是14.8×10-6/K，大于Al2O3的8.8×10-6/K和尖晶石的7.6×10-6/K。另外在Ca3(PO4)2顆粒周圍產(chǎn)生空隙，表明Ca3(PO4)2的膨脹大于周圍的基質(zhì)。因此，一般認(rèn)為聚偏磷酸鈉添加量越多，Ca3(PO4)2的生成則增加，膨脹則增大。 

另外，平衡相模擬獲得的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果是一致的，這也證明了添加聚偏磷酸鈉導(dǎo)致膨脹的原因不是CA6生成量的增加，而是生成的Ca3(PO4)2所致。一方面，圖1所示膨脹性是異常的，與這一結(jié)果相比，由Ca3(PO4)2引起膨脹的2號(hào)和3號(hào)試樣，其原料只是使用1mm以下的原料，明顯膨脹很小，一般認(rèn)為存在進(jìn)一步影響膨脹的因素。 

5結(jié)語 

研究了聚偏磷酸鈉對(duì)鋁尖晶石質(zhì)澆注料燒成后殘余膨脹的影響，獲得如下結(jié)果。 

(1)添加聚偏磷酸鈉，于1500℃加熱后的殘余線變化率增大。此外，殘余線變化率隨著聚偏磷酸鈉添加量的增加而增大。 

(2)即使增加聚偏磷酸鈉的添加量，CA6生成量幾乎也沒有變化。 

(3)添加聚偏磷酸鈉，可以明確生成了CA6、Ca3(PO4)2，在Ca3(PO4)2的顆粒周圍可見10～20μm的空隙。 

(4)Ca3(PO4)2的熱膨脹率大于作為骨料使用的氧化鋁和尖晶石，所以認(rèn)為它的生成助長(zhǎng)了膨脹。