高純度剛玉質(zhì)澆注料主要以板狀剛玉、α-Al2O3超微粉、純鋁酸鹽水泥、高效減水劑配制而成，因其具有純度高、強(qiáng)度大、抗熔渣侵蝕性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煉鋼熱工設(shè)備上。但是，存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是：澆注體因煉鋼熱工設(shè)備存在間歇式生產(chǎn)導(dǎo)致溫度變化、內(nèi)部溫度梯度差異導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，以及維修時(shí)外部機(jī)械撞擊導(dǎo)致產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力裂紋，致使?jié)沧Ⅲw表面剝落、開(kāi)裂，使用壽命下降，甚至造成生產(chǎn)事故。
鑒于耐火材料屬于脆性材料，在澆注料中引入具有高彈性模量、高抗拉強(qiáng)度的耐熱不銹鋼纖維可以起到增韌補(bǔ)強(qiáng)的效果，它將改變澆注料的內(nèi)部應(yīng)力分布，阻止裂紋擴(kuò)展，提高澆注料在高溫下的抗機(jī)械沖擊和抗急冷急熱性能。同時(shí)，鋼纖維在澆注料中均勻分散，形成網(wǎng)絡(luò)架狀起到牽引搭橋的作用，當(dāng)澆注體出現(xiàn)裂紋后可以把澆注料產(chǎn)生的裂紋界面連接起來(lái)， 使?jié)沧⒘显陂_(kāi)裂后仍能承載工作。
在本工作中，研究了鋼纖維最佳加入量及耐熱鋼纖維對(duì)高純度剛玉質(zhì)澆注料性能的影響。
1 試驗(yàn)
1.1 原料
高純度剛玉質(zhì)澆注料的主要原料有板狀剛玉顆粒、板狀剛玉粉、CL370C、71#水泥。主要原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1。
其它外加劑有防爆纖維、高效減水劑和耐熱鋼纖維。所用耐熱鋼纖維牌號(hào)為446#，形狀似舟形匣缽，長(zhǎng)度為27-30mm，寬度為0.8-1.1mm，厚度為0.3-0.5mm。
其化學(xué)組成(%)為：C≤0.30%，Si≤3.0%，Mn 1.0%～1.5%，Cr 24%～27%，P≤0.04%，Ni 0.45%，Gu<0.25%，B<0.003%，S<0.03%。抗拉強(qiáng)度(20℃)為490MPa，彈性模量為2.06TPa，線(xiàn)膨脹系數(shù)為12.5×10-6/K。
1.2 設(shè)計(jì)方案
基礎(chǔ)配方為：骨料采用板狀剛玉(6-15mm、6-3mm、3-1mm、1-0.5mm、0.5-0mm)70%，基質(zhì)料采用板狀剛玉粉和CL370粉20%，結(jié)合劑采用71#水泥7%，外加劑 3%，有機(jī)纖維0.1%(外加)。在上述配方的基礎(chǔ)上，分別外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、1.5%、2%、2.5%、3%和3.5%的耐熱鋼纖維。
2 試驗(yàn)過(guò)程
2.1 配制工藝
首先準(zhǔn)確稱(chēng)量耐火骨料、粉料、結(jié)合劑和外加劑，倒入強(qiáng)制攪拌機(jī)干混1min;之后加水濕混，同時(shí)將耐熱鋼纖維均勻撒進(jìn)料中，不得成團(tuán)放入;最后混煉1min即可出料。總混煉時(shí)間不得少于5min。
2.2 制樣
采用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)澆注成型為40mm×40mm×160mm的試樣6組，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模，于110℃烘干24h后，分別在1000℃、1350℃和1500℃保溫3h煅燒，然后檢測(cè)燒后試樣的線(xiàn)變化率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度和抗熱震性等性能。
3 結(jié)果與分析
鋼纖維加入量對(duì)不同溫度處理后試樣體積密度的影響見(jiàn)圖1。可以看出，隨耐熱鋼纖維加入量的增加，110℃烘干后試樣的體積密度整體呈微增長(zhǎng)趨勢(shì)，1000-1500℃熱處理后試樣的體積密度波動(dòng)較大;在鋼纖維加入量為2.5%時(shí)，中、高溫處理后試樣表現(xiàn)出較高的體積密度，隨后其加入量大于2.5%時(shí)，試樣體積密度基本呈下降趨勢(shì)。
鋼纖維加入量對(duì)不同溫度處理后試樣線(xiàn)變化的影響見(jiàn)圖2?？梢钥闯?110℃烘干后試樣均發(fā)生少量收縮，其線(xiàn)變化波動(dòng)于-0.09%和0之間;1000℃熱處理后的試樣除鋼纖維添加1%時(shí)收縮，其它添加量時(shí)都表現(xiàn)為膨脹，其線(xiàn)變化率在-0.09%-0.31%之間波動(dòng)。1350℃和1500℃熱處理后試樣均發(fā)生膨脹，并且其線(xiàn)膨脹率基本隨耐熱鋼纖維加入量的增加而呈增大趨勢(shì)。究其原因：一方面由于鋼纖維的熱膨脹系數(shù)較大，在高溫下的膨脹量大于澆注料基體材料的收縮;另一方面因?yàn)楦邷叵拢?Al2O3與純鋁酸鹽水泥帶入的CaO反應(yīng)生成大量的CA6及CA2等礦物晶體，伴隨體積膨脹。
鋼纖維加入量對(duì)不同溫度處理后試樣常溫抗折強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3。可以看出，隨耐熱鋼纖維加入量的增加，110℃烘干和1000℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度基本呈增大趨勢(shì)。在鋼纖維加入量為2%時(shí)，試樣常溫抗折強(qiáng)度最低;1350℃熱處理后試樣常溫抗折強(qiáng)度呈不規(guī)則變化，在鋼纖維加入量為2.5%時(shí)，試樣常溫抗折強(qiáng)度最高;1500℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度不規(guī)則變化，在鋼纖維加入量為2%時(shí)，試樣常溫抗折強(qiáng)度顯著降低。在鋼纖維加入量為1.5%、2.5%、3.5%時(shí)，試樣常溫抗折強(qiáng)度表現(xiàn)良好;110℃烘干后試樣的常溫抗折強(qiáng)度整體上要比1000℃和1350℃熱處理后的高，但隨著熱處理溫度從1350℃升高到1500℃，試樣高溫下出現(xiàn)液相燒結(jié)，并形成CA6和CA2礦物相，在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了試樣的燒后強(qiáng)度。
鋼纖維加入量對(duì)不同溫度熱處理后試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖4?？梢钥闯觯?10℃烘干后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度總體上要比中高溫?zé)崽幚砗蟮母?。隨著鋼纖維加入量的增加，耐壓強(qiáng)度先增加后下降，在鋼纖維加入量為3%時(shí)達(dá)到最大值;1000℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度隨鋼纖維的增加上下波動(dòng)，在1.5%和3%時(shí)強(qiáng)度較差;1350℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度隨鋼纖維的增加基本呈下降趨勢(shì)，在1%、1.5%和2.5%時(shí)強(qiáng)度較佳;1500℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度隨鋼纖維的增加呈不規(guī)則變化，在1%和2.5%時(shí)強(qiáng)度最佳。
1100℃水冷循環(huán)5次后試樣的殘余抗折強(qiáng)度和殘余耐壓強(qiáng)度見(jiàn)圖5?？梢钥闯觯S著鋼纖維加入量的增加，1100℃水冷循環(huán)5次后試樣的殘余抗折強(qiáng)度基本保持逐漸增加趨勢(shì)，在鋼纖維加入量為3.0%時(shí)達(dá)到最大;在3.5%時(shí)，試樣殘余抗折強(qiáng)度略有降低。殘余耐壓強(qiáng)度在鋼纖維加入量從1%增加到1.5%時(shí)下降，從1.5%增加到2.5%時(shí)呈上升趨勢(shì);在鋼纖維加入量為2.5%時(shí)，試驗(yàn)殘余耐壓強(qiáng)度達(dá)到最大;隨后在3%和3.5%時(shí)，試驗(yàn)殘余耐壓強(qiáng)度有所減小。
4 結(jié)論
(1)隨耐熱鋼纖維加入量的增加，110℃烘干后試樣的體積密度整體呈微增長(zhǎng)趨勢(shì)，110℃和1000℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度基本呈增大
趨勢(shì)，1350℃熱處理后試樣常溫抗折強(qiáng)度在鋼纖維加入量為205%時(shí)最高;1500℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度在鋼纖維加入量為2%時(shí)顯著降低，而試樣在鋼纖維加入量為1.5%、2.5%和3.5%時(shí)，其常溫抗折強(qiáng)度表現(xiàn)良好。
(2)隨耐熱鋼纖維加入量的增加，110℃烘干后試樣耐壓強(qiáng)度近似呈先增加后下降趨勢(shì)，在鋼纖維加入量為2.5%和3%時(shí)強(qiáng)度理想;1000℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度隨鋼纖維的增加上下波動(dòng)，在1.5%和3%時(shí)強(qiáng)度較差;1350℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度隨鋼纖維的增加基本呈下降趨勢(shì)，在1%、1.5%和2.5%時(shí)強(qiáng)度較佳;1500℃熱處理后試樣的耐壓強(qiáng)度在鋼纖維加入量為1%和2.5%時(shí)最佳。
(3)隨耐熱鋼纖維加入量的增加，1100℃水冷循環(huán)5次后試樣的殘余抗折強(qiáng)度基本保持逐漸增加趨勢(shì)，在鋼纖維加入量為3.0%時(shí)達(dá)到最大;試樣殘余耐壓強(qiáng)度在鋼纖維加入量為2.5%時(shí)達(dá)到最大。因此，可以認(rèn)為在高純度剛玉質(zhì)澆注料中加入耐熱鋼纖維2.5%或3%時(shí)，其抗熱震性能效果最好。
