馬北越 曹瑞琦 慕鑫

　　耐火材料在冶金
、石油化工
、玻璃、陶瓷等高溫工業的窯爐中應用極為廣泛。在服役過程中
，耐火材料受高溫熔體、熔渣
、氣(qi)體(ti)侵(qin)蝕(shi)，或(huo)因(yin)溫(wen)度(du)急(ji)劇(ju)變(bian)化(hua)引(yin)起(qi)結(jie)構(gou)破(po)壞(huai)與(yu)剝(bo)落(luo)
，導(dao)致(zhi)其(qi)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)失(shi)效(xiao)，需(xu)要(yao)定(ding)期(qi)更(geng)換(huan)
，這(zhe)就(jiu)產(chan)生(sheng)了(le)大(da)量(liang)的(de)用(yong)後(hou)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)。當(dang)前(qian)，國(guo)內(nei)對(dui)用(yong)後(hou)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)多(duo)采(cai)用(yong)掩(yan)埋(mai)
、堆積存放或降級處理等較為粗放的處理方式。用後耐火材料的利用
，主要有以下3種處理方式：一是破碎為原料
，製備新的耐火材料；二是作為冶金輔料用於冶金流程；三是經過修複處理後繼續使用。鋼包用內襯及連鑄用耐火材料等氧化鋁質耐火材料，經過揀選、分離侵蝕層、posuidengbuzhouhoukeshixianhuishouliyong。qizhong，hantiefeiliaokezuoweishaojiepeiliao，buhantiefeiliaozuoweizaozhajidengyejinfuliaojiayiliyong。weiqinshibufenjingguofenjiposui，yijubutonglijing，zuoweinaihuocailiaodeguliaoshiyong。

　　輕質耐火骨料是一類具備低體積密度和優良耐高溫性能的材料。綜合考量成本、製備工藝以及骨料性能
，原位分解發泡法具有環境友好、成cheng本ben低di廉lian且qie易yi於yu控kong製zhi微wei觀guan結jie構gou等deng優you勢shi備bei受shou關guan注zhu。製zhi備bei的de輕qing質zhi耐nai火huo骨gu料liao能neng夠gou部bu分fen或huo全quan部bu替ti代dai普pu通tong澆jiao注zhu料liao中zhong的de骨gu料liao，使shi澆jiao注zhu料liao具ju備bei較jiao低di的de熱re導dao率lv、更優的隔熱性能，可有效減少能量損耗和熱量傳導，提升能源利用效率，在高溫工業具有良好的發展前景。

　　本實驗使用的材料為連鑄用後鋁碳質耐火材料及菱鎂礦尾礦。在用後氧化鋁質耐火材料的化學成分中
，Al2O3含量為43.76%、C為24.00%、SiO2為27.83%。菱鎂礦尾礦的化學成分中SiO2含量為7.14%、MgO為46.59%
、LOI為44.99%。

　　將一定量的用後鋁碳質耐火材料設為100%，菱鎂礦尾礦按照質量分數0%、30%
、60%
、90%進行原料配比。為探究輕質骨料對剛玉—尖晶石基澆注料的影響
，設計輕質骨料替代的質量分數為10%及20%為研究方案。

　　除掉鋁碳質耐火材料表麵變質層後
，將其破碎研磨成粒徑小於200μm的粉末。將菱鎂礦尾礦研磨到粒徑小於150μm。將(jiang)上(shang)述(shu)原(yuan)料(liao)按(an)照(zhao)比(bi)例(li)稱(cheng)量(liang)配(pei)料(liao)，置(zhi)於(yu)臥(wo)式(shi)行(xing)星(xing)球(qiu)磨(mo)機(ji)內(nei)球(qiu)磨(mo)混(hun)料(liao)。將(jiang)混(hun)勻(yun)的(de)原(yuan)料(liao)壓(ya)製(zhi)成(cheng)圓(yuan)柱(zhu)生(sheng)坯(pi)，並(bing)置(zhi)於(yu)高(gao)溫(wen)箱(xiang)式(shi)電(dian)阻(zu)爐(lu)內(nei)按(an)照(zhao)設(she)定(ding)的(de)升(sheng)溫(wen)製(zhi)度(du)燒(shao)結(jie)，冷(leng)卻(que)後(hou)得(de)到(dao)輕(qing)質(zhi)骨(gu)料(liao)試(shi)樣(yang)。將(jiang)輕(qing)質(zhi)骨(gu)料(liao)試(shi)樣(yang)按(an)一(yi)定(ding)粒(li)度(du)破(po)碎(sui)後(hou)
，按(an)照(zhao)所(suo)需(xu)的(de)原(yuan)料(liao)配(pei)比(bi)
，稱(cheng)取(qu)相(xiang)應(ying)質(zhi)量(liang)及(ji)粒(li)徑(jing)的(de)原(yuan)料(liao)倒(dao)入(ru)膠(jiao)砂(sha)攪(jiao)拌(ban)機(ji)中(zhong)混(hun)煉(lian)。混(hun)煉(lian)後(hou)的(de)澆(jiao)注(zhu)料(liao)經(jing)振(zhen)動(dong)成(cheng)型(xing)、養護及高溫熱處理後得到澆注料試樣。

　　對不同原料配比的樣品進行XRD（X射線衍射）圖譜分析，可知加入菱鎂礦尾礦後
，試樣中生成MgAl2O4相與Mg2SiO4相
，兩者的衍射峰強度隨著菱鎂礦尾礦添加量的增加而增強。MgAl2O4相主要在菱鎂礦尾礦添加量低於60%時生成，並且在30%時已成為試樣的主晶相。

　　對其顯微結構研究發現，隨著菱鎂礦尾礦添加量的增加，試樣表麵的孔道數量呈現先降後增的趨勢

，這是因為添加量為30%

、60%時
，生成較多MgAl2O4相
，具有致密的晶體結構，填充了試樣內部孔道與空隙，導致試樣表麵孔道減少。菱鎂礦尾礦添加量再增大時，MgAl2O4xiangshengchengfanyingjieshu，lingmeikuangweikuangfenjiechanshengdeqitiyichu，zaishiyangbiaomianjineibuxingchengledaliangqikong。weileyangpindeqingzhihua，ketianjialingmeikuangweikuangshiqifenjieshengchengkongdong。

　　對輕質骨料加入剛玉-尖晶石基澆注料的XRD圖譜分析可以看出，澆注料試樣主要由Al2O3相與MgAl2O4相組成。隨著輕質骨料的加入，澆注料試樣中Al2O3相衍射峰強度逐漸降低，MgAl2O4相峰強逐漸升高。

　　觀guan察cha澆jiao注zhu料liao試shi樣yang微wei觀guan形xing貌mao可ke見jian，未wei添tian加jia輕qing質zhi骨gu料liao時shi，試shi樣yang主zhu要yao由you板ban狀zhuang剛gang玉yu骨gu料liao與yu基ji質zhi構gou成cheng。骨gu料liao與yu基ji質zhi結jie合he不bu夠gou緊jin密mi
，但dan整zheng體ti結jie構gou較jiao致zhi密mi，表biao麵mian氣qi孔kong數shu量liang較jiao少shao。添tian加jia輕qing質zhi骨gu料liao後hou


，試shi樣yang表biao麵mian出chu現xian大da量liang氣qi孔kong，且qie氣qi孔kong數shu量liang隨sui著zhe添tian加jia量liang增zeng加jia而er逐zhu漸jian增zeng多duo。由you此ci可ke見jian，引yin入ru輕qing質zhi骨gu料liao能neng夠gou為wei試shi樣yang構gou建jian大da量liang孔kong道dao結jie構gou，對dui試shi樣yang輕qing量liang化hua與yu多duo孔kong化hua十shi分fen有you利li。此ci外wai，在zai添tian加jia輕qing質zhi骨gu料liao後hou
，澆jiao注zhu料liao試shi樣yang中zhong骨gu料liao與yu基ji質zhi結jie合he邊bian界jie層ceng變bian得de模mo糊hu，形xing成cheng了le緊jin密mi結jie合he的de狀zhuang態tai。這zhe是shi因yin為wei輕qing質zhi骨gu料liao具ju有you氣qi孔kong率lv高gao、比表麵積大的特點，其燒結活性更高，二次燒結現象顯著
，在一定程度上能夠促進骨料與基質之間的結合。

　　celiangyangpinderedaolvdezhi，suizheqingzhiguliaotianjialiangzengjia，shiyangredaolvmingxianxiajiang。qingzhiguliaodeduokongjiegou
，nenggoujianshaorechuandaolujing，zuaireliangchuandi，congerjiangdijiaozhuliaoderedaolv。youcikejian
，tongguoyinruqingzhiguliao，nenggoutigaojiaozhuliaodegerebaowennengli，jiangdiyejinyaolunenghao
，congerdadaojienenghuanbaodezuoyong。

　　（作者分別係東北大學冶金學院教授兼博導、博士生

、碩士畢業生）