近年来，我国先后从国外引进了3万t新工艺炭黑反应炉，其内衬耐火材料由国外引进，为使耐火材料国产化，我们先后研制了高纯高密度刚玉砖、铬刚玉砖、铬刚玉浇注料和铬锆刚玉质浇注料，并成功应用于该反应炉内衬。为进一步提高耐火材料的使用寿命，我们又研制出高纯锆砖及与其配套使用的氧化锆空心球浇注料。本文着重论述了氧化锆空心球浇注料的研制。
2试验
2.1原料
浇注料中骨料采用二氧化锆空心球，粒度为5 ~ 3mm，3 ~ 1 mm，1 ~ 0 mm，其自然堆积密度为 1.8~2.5g·cm3。粉料部分为电熔的CaO稳定立方二氧化锆细粉(<0.044 mm)及单斜二氧化锆微粉(<5um)。原料的化学组成见表1。
表1 原料的化学组成/%
2.2制样
将混合均匀的浇注料倒入模型，经振动成型为40mmx40mmx160mm条形试样，在室温下养护24h后脱模，测定经110℃，24h;600℃，5h;1780℃，8h热处理后试样的体积密度、线变化率、抗折强度和耐压强度。
3 结果及讨论
3.1 氧化锆空心速加入量对浇注料性能的影响
图1示出了氧化锆空心球含量不同的试样在110℃，24h烘后和1780℃，8h烧后，试样的体积密度和耐压强度与氧化锆空心球加入量的关系。
图1 氧化锆空心球加入量与浇注料物理性能的关系
从图1可以看出，随着空心球加入量的增加，浇注料的烘后和烧后的体积密度大幅度降低，烘后强度也大幅度降低，但其烧后强度变化趋于平缓。这是因为试样烘后强度取决于结合剂与空心球和细粉的物理结合强度，空心球的比例大，即球与细粉的物理结合层薄弱，因而强度随着空心球的比例增加而急剧下降。试样经过1780℃，8h烧后，其强度主要取决于基质的烧结情况，即基质结构。在浇注料基质配料组成基本相同的情况下，基质高温烧后的组织结构基本相同，所以其强度随空心球的比例变化而趋于平缓。因此，要想制得体积密度小于2.8 g·cm -3、耐压强度大于40MPa的空心球浇注料，当氧化锆空心球的自然堆积密度为1.8 ~ 2.5 g·cm-3时，空心球的加入量以60% -70%为宜。
3.2 m-ZrO2微粉的加入对浇注料物理性能的影响
m-Zr02微粉的粒径分布为：<0.3um的17%，< 1.0 um的44.9%，<3.0um的 87.7%，< 5.0um的100%，中值直径1.84um。图2示出了氧化锆空心球数量一定时，浇注料中m-ZrO2微粉加入量与浇注料物理性能的关系。
图2 m-ZrO2微粉含量与浇注料物理性能的关系
从图2A和图2B中可以看出，随着m-ZrO2微粉量的增加，即c-ZrO2细粉量的减少，材料的体积密度有明显降低，烧后线变化率增大。产生这种现象的原因主要有以下两个方面：
(1)m-ZrO2与c-ZrO2在容重上的差别，m-ZrO2的理论密度为5.560g·cm-3，而c-ZrO2的理论密度为 6.09g·cm-3。
(2)氧化锆的晶相转化：
氧化锆的这一马氏体相变伴随有5%-7%的体积效应。
从图2C可以看出，随着m-ZrO2微粉含量的增加，烘后强度先略有增加而后又稍有下降，直至平稳。烧后强度亦是先略有增加，但当m-ZrO2含量>12%时，强度骤然下降。由此可见，随着引入m-ZrO2微粉量的增加，浇注料的流动性得到改善，强度逐步提高，但当加入量达到12%以上时，其一，由于超微粉的凝聚粘滞作用，造成流动性喊弱，试样的强度下降;其二，过多地引入m-ZrO2，由于其本身相变，造成基质裂纹过多，弱化了基质结构，使得烧后强度急剧下降。
3.3 添加剂A(复含磷酸盐)的影响
图3和图4示出了添加剂A的不同含量(从4C到4F逐渐增加)对浇注料的物理性能的影响。
由图3、4可知，与4#(无添加剂)试样相比，含添加剂A的试样，其烘干和髙温烧后的强度均有较大提高。这是由于添加剂A在常温下能与结合剂进行化学作用，从而使得材料的烘后强度大幅度提高，添加剂A在高温烧成时又能有效地弥散强化氧化锆晶界，使其烧后强度亦大幅度提高。
图3 添加剂A对体积密度的影响
图4 添加剂A对抗折强度的影响
3.4 添加剂B(MgO-Al2O3系物质)的影响
以4#试样组成为基础，随着B加入量的增加，试样烧后强度逐渐增加。三种试样烧后(1780℃，8h)抗折强度分别为：2.9 MPa，4.5 MPa，9.75 MPa。这是由于添加剂B在1780℃下与氧化锆形成固溶体，部分稳定了ZrO2。另外，由X射线衍射分析可知,烧后试样中有t-ZrO2存在，减少了体积效应，使得基质结构组成较为合适，因而材料强度提高。但添加剂B的加入量增加到一定量时，浇注料难以成型，B合适的加入量为0.8% ~ 1.5%。
4 结论
(1)要制得体积密度小于2.8g，cm-3、耐压强度大于40MPa的氧化锆空心球浇注料，当氧化锆空心球的自然堆积密度为1.8-2.5 g·cm-3时，空心球的加入量以60% -70%为宜。
(2)m-Zr02微粉的适量加入，既可使浇注料有一个较合适的体积密度，又可使其强度增加。
(3)加入少量的添加剂A，能有效地弥散强化氧化锆晶界，提高了材料的强度。
(4)加入少量的添加剂B，除能促迸材料致密化外，还影响材料的相组成，从而提高了材料的常温、高温物理性能。