鋁硅酸鹽耐火材料由于價(jià)格低廉被廣泛應(yīng)用于熔鋁爐內(nèi)襯。該材料中由于SiO2的存在而使其抗侵蝕性和力學(xué)性能變差。目前對(duì)該材料研究的焦點(diǎn)就是通過(guò)添加抗?jié)櫇裉砑觿ㄈ鏐aSO4、AlF3、CaF2和AlTiO3）來(lái)改善其抗鋁液侵蝕性。有研究表明，在高鋁澆注料中添加3%的鋇長(zhǎng)石可使其侵蝕面積減少約50%。美國(guó)的研究人員通過(guò)向鋁硅酸鹽耐火材料中添加BaCO3使材料中原位生成鋇長(zhǎng)石，考察了該添加劑對(duì)材料抗鋁液侵蝕性的影響。
試驗(yàn)采用一種市售澆注料（SM）作為研究基礎(chǔ)配料，其化學(xué)組成（w）為：SiO2 45.6%、Al2O3 42.5%、Fe2O3 0.8%、TiO2 1.8%、CaO 2.3%、MgO 0.2%、Na2O+K2O 0.9%。澆注料中的高SiO2含量可使加熱過(guò)程中生成預(yù)期的鋇長(zhǎng)石相。以SM組成為基礎(chǔ)，逐漸增加BaCO3的加入量，各組試樣的組成見(jiàn)表1（由于加入添加劑打亂了優(yōu)化的顆粒級(jí)配，因此在A中加入了4%SiO2和4%Al2O3）。
表1 各組試樣組成
編號(hào) 組成
A SM+4%SiO2+4%Al2O3
B SM+4% BaCO3
C SM+8% BaCO3
D SM+12% BaCO3
按配方配料，加入5.5%～6%的水?dāng)嚢杈鶆颍駝?dòng)澆注成225 mm×112 mm×63 mm尺寸的試樣，常溫養(yǎng)護(hù)24 h后，在120 ℃干燥24 h，然后經(jīng)1 200 ℃ 2 h熱處理，升溫與冷卻速率均為5 ℃•min-1。冷卻后，將試樣沿中心切開(kāi)，并在每半塊試樣中切一個(gè)直徑為38 mm的孔，作為靜態(tài)抗渣用試樣�？字星腥サ脑嚇佑脕�(lái)測(cè)試體積密度、顯氣孔率以及進(jìn)行XRD物相分析。采用鋁合金AL 5083作為侵蝕劑測(cè)試材料的抗侵蝕性，鋁合金件的尺寸為φ25 mm×38 mm，重約70 g。
抗鋁液試驗(yàn)：將制備好的試樣放入頂端負(fù)載、頂蓋帶孔的箱式電阻爐中，1 200 ℃保溫2 h后，以3 ℃•min-1的速率降至1 000 ℃，此時(shí)在加熱爐頂部的孔中安裝鋼管聯(lián)接的滴水盤(pán)系統(tǒng)，水流速率控制在約10 mL•min-1，水滴入加熱爐中，在1 000 ℃形成H2/H2O氣氛，該氣氛保持24 h后，打開(kāi)爐蓋并將鋁合金放入試樣中，迅速關(guān)閉爐蓋并保持水流繼續(xù)。保持該種蒸汽氣氛和爐溫240 h，然后以5 ℃•min-1的速率冷卻。將冷卻的試樣沿中軸線鋸開(kāi)，觀察其侵蝕與滲透情況，測(cè)量試樣的滲透深度，并選取試樣進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析。試樣的顯氣孔率根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM C830以煤油為介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。
研究結(jié)果：（1）XRD物相分析顯示，隨BaCO3加入量的增加，鋇長(zhǎng)石的峰逐漸增強(qiáng)。添加4%BaCO3的試樣中鋇長(zhǎng)石很少，BaCO3含量低導(dǎo)致生成了非晶相的硅酸鋇中間體化合物，XRD檢測(cè)不到。添加8%和12% BaCO3的試樣中均生成了鋇長(zhǎng)石，相應(yīng)的石英峰強(qiáng)度降低。游離SiO2可與BaO、Al2O3生成硅酸鋇中間體化合物、鋇長(zhǎng)石及莫來(lái)石等而被消耗掉，減少了游離SiO2的含量，同時(shí)也使莫來(lái)石的生成量降低，從而達(dá)到改善材料性能的目的。（2）試樣A的顯氣孔率最高為18%，試樣D的顯氣孔率最低為8%，試樣B和C的顯氣孔率分別為11%和10%。顯微結(jié)構(gòu)也證實(shí)了A和B氣孔率的不同。添加BaCO3可以降低耐火材料的顯氣孔率，這是因?yàn)? 300 ℃燒后，形成富含Ba的液相，可以起到阻塞氣孔的作用，從而阻止熔融鋁的滲透。（3）抗鋁液試驗(yàn)結(jié)果顯示，未添加BaCO3的試樣A被鋁液滲透侵蝕得最嚴(yán)重，其他試樣中隨著B(niǎo)aCO3加入量的增加，其抗侵蝕性明顯得到改善。添加12% 的BaCO3可使材料的侵蝕面積減小約40%，且該試樣的侵蝕界面比較致密。
總之，在鋁硅酸鹽耐火材料中添加BaCO3提供BaO源，生成不易被鋁液潤(rùn)濕的鋇長(zhǎng)石及富含Ba的液相，降低了材料的氣孔率，同時(shí)也減少了易于與鋁液反應(yīng)的游離SiO2和莫來(lái)石的含量，從而顯著改善了耐火材料的抗侵蝕性。
（編譯自《UNITECR2009論文集》）