由于不定形耐火材料具有省时、省力和节能等一系列优点，因而被广泛地应用于热工以及冶金等领域，而刚玉-尖晶石浇注料作为新一代高级耐火材料，已经成功地应用于钢包以及高炉热风围观内衬等，浇注料的线膨胀率是衡量其高温使用性能的一个重要指标，因此，研究不同因素对刚玉-尖晶石浇注料线膨胀率的影响，对于在不同使用条件下选择合适的浇注料具有十分重要的意义。
本次以电熔刚玉、氧化镁、硅微粉以及铝酸钙水泥为原料，制备了刚玉-尖晶石质浇注料试样，利用GP-3型高温膨胀仪测定其在750~1450℃烧成过程中的线膨胀率，考察了电熔刚玉粒度、氧化镁及水泥加入量等对刚玉-尖晶石浇注料线膨胀率的影响。
1 实验
1.1 实验原料
实验原料采用电熔刚玉、氧化镁、硅微粉和铝酸盐水泥，其化学成分见表1。
表1 实验原料的化学成分
1.2 实验方法
将电熔刚玉、氧化镁、硅微粉和铝酸盐水泥按表2所示的配比称量，加水7%~8%，混匀，并浇注成尺寸为Φ10mm×50mm的试样，将成形后的试样置于120℃下烘烤12h后，利用GP-3型高温膨胀仪测定其在750~1450℃烧成过程中的线膨胀率LER。
表2 试样的配方组成
2 实验结果及讨论
2.1 氧化镁加入量对试样线膨胀率的影响
由图1可见，未添加氧化镁的试样(SI)，在烧成过程中其线膨胀率较小；随着氧化镁加入量和烧成温度的提高，试样的线膨胀率增加；当烧成温度达到1100℃以上时，随着烧成温度的提高，各试样线膨胀迅速增加，例如，当氧化镁加入量由5%(S2)增加至9%(S4)时，试样的烧后线膨胀率在1150℃时由0.964%增加至1.168%，在1450℃由1.282%增加至3.968%。
这是由于在高温下试样中的Al2O3分别在试样中的MgO及水泥中的CaO反应，生成镁铝尖晶石以及CaO·6Al2O3(CA6)，CaO·2Al2O3(CA2)等矿物，使试样产生了体积膨胀，由MgO-Al2O3二元系平衡相图可知，MgO与Al2O3在1000℃时开始反应生成尖晶石，并且随着温度的升高，其反应速度加快，尖晶石的生成量增加，同时伴有约5%的速度加快，尖晶石的生成量增加，同时伴有约5%的体积膨胀，从热力学角度看，该反应在较低温度下即可以进行。
图1 氧化镁加入量对试样线膨胀率的影响
据文献报道，水泥中的CaO与浇注料中的Al2O3在1100℃左右开始反应，生成CA，CA2和CA6，同时随着温度的升高，CA大部分转变为CA6和CA2矿物，因此，随着加热温度的升高，试样的线膨胀率明显增加。
2.2 电熔刚玉粒度对试验线膨胀率的影响
图2 示出了电熔刚玉粒度对试样线膨胀率的影响
图2 电熔刚玉粒度对试样线膨胀率的影响
由图2可见，随着电熔刚玉粒度的减少和烧成温度的升高，试样的线膨胀率增加，并且当烧成温度高于1200℃时，其线膨胀率大幅度增加。
随着配料中刚玉粒度的减少，原料变得越来越细，试样的比表面积增加，表面能提高，粉体表面及其内部出现晶格缺陷增多，增加了粉体的活性及烧结驱动力，缩短了原子扩散的距离，从而提高了MgO与Al2O3组分间的反应速度。
2.3 水泥加入量对试样线膨胀率的影响
由图3可见，当水泥的加入量低于7%时，随着水泥加入量的增加，试验的线膨胀率升高。
图3 水泥加入量对试样线膨胀率的影响
加入水泥时，由水泥带入的杂质成分和试样中各组分间反应，生成的低熔点产物使试样产生收缩，当水泥加入量较少时，其产生的收缩不能完全抵消生成尖晶石及CA6，CA2等矿物所产生的膨胀，因此，烧后试样的线膨胀率随着烧成温度的升高而增加，但当水泥加入量较多时，试样在一定温度下的线膨胀率开始减少，并且在高温烧成时(>1250℃)，其线膨胀率明显减小。
2.4 硅微粉加入量对试样线膨胀率的影响
由图4可见，硅微粉加入量为1.5%的试样，其线膨胀率在烧成温度达到1350℃后开始减小，而对于不添加硅微粉和硅微粉加入量分别为0.5%，1.0%的试样(S12~S14)，随着烧成温度的提高，其线膨胀率增加。
图4 硅微粉加入量对试样线膨胀率的影响
高温下试样的体积膨胀来源于两个方面：一是MgO与Al2O3间反应生成尖晶石时产生的体积膨胀;二是水泥中的CaO与刚玉中的Al2O反应生成CA6，CA2等矿物产生的体积膨胀，当加入少量的硅微粉后，试样中的CaO、Al2O3及SiO2间在高温下形成以CaO-Al2O3-SiO2间在高温下形成以CaO-Al2O3-SiO2系为主的低熔点化合物，产生的体积收缩不能抵消试样组分间反应生成的体积膨胀，从而使试样在宏观上表现为膨胀。
将硅微粉加入量增加至1.5%时，当烧成温度超过1350℃后，试样开始呈现收缩。
3 结论
(1)氧化镁的加入量对刚玉-尖晶石质浇注料线膨胀率的影响十分明显，当采用水泥为结合剂且氧化镁加入量为7%时，浇注料在1450℃的烧后线膨胀率达到了1.846%。
(2)降低电熔刚玉粒度可以增加浇注料的线膨胀率。
(3)当氧化镁加入量一定时，增加水泥的加入量，试样的线膨胀率先增加后减小。
(4)在氧化镁及水泥加入量一定的条件下，增加硅微粉的加入量，能有效地抑制浇注料的线膨胀。