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、破po碎sui等deng步bu驟zhou後hou可ke實shi現xian回hui收shou利li用yong。其qi中zhong
，含han鐵tie廢fei料liao可ke作zuo為wei燒shao結jie配pei料liao，不bu含han鐵tie廢fei料liao作zuo為wei造zao渣zha劑ji等deng冶ye金jin輔fu料liao加jia以yi利li用yong。未wei侵qin蝕shi部bu分fen經jing過guo分fen級ji破po碎sui
，依yi據ju不bu同tong粒li徑jing

，作zuo為wei耐nai火huo材cai料liao的de骨gu料liao使shi用yong。

　　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。jiangshangshuyuanliaoanzhaobilichengliangpeiliao，zhiyuwoshixingxingqiumojineiqiumohunliao。jianghunyundeyuanliaoyazhichengyuanzhushengpi，bingzhiyugaowenxiangshidianzuluneianzhaoshedingdeshengwenzhidushaojie，lengquehoudedaoqingzhiguliaoshiyang。jiangqingzhiguliaoshiyanganyidingliduposuihou，anzhaosuoxudeyuanliaopeibi，chengquxiangyingzhiliangjilijingdeyuanliaodaorujiaoshajiaobanjizhonghunlian。hunlianhoudejiaozhuliaojingzhendongchengxing
、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，MgAl2O4相(xiang)生(sheng)成(cheng)反(fan)應(ying)結(jie)束(shu)，菱(ling)鎂(mei)礦(kuang)尾(wei)礦(kuang)分(fen)解(jie)產(chan)生(sheng)的(de)氣(qi)體(ti)逸(yi)出(chu)，在(zai)試(shi)樣(yang)表(biao)麵(mian)及(ji)內(nei)部(bu)形(xing)成(cheng)了(le)大(da)量(liang)氣(qi)孔(kong)。為(wei)了(le)樣(yang)品(pin)的(de)輕(qing)質(zhi)化(hua)
，可(ke)添(tian)加(jia)菱(ling)鎂(mei)礦(kuang)尾(wei)礦(kuang)使(shi)其(qi)分(fen)解(jie)生(sheng)成(cheng)孔(kong)洞(dong)。

　　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。

　　guanchajiaozhuliaoshiyangweiguanxingmaokejian，weitianjiaqingzhiguliaoshi，shiyangzhuyaoyoubanzhuanggangyuguliaoyujizhigoucheng。guliaoyujizhijiehebugoujinmi，danzhengtijiegoujiaozhimi，biaomianqikongshuliangjiaoshao。tianjiaqingzhiguliaohou，shiyangbiaomianchuxiandaliangqikong

，qieqikongshuliangsuizhetianjialiangzengjiaerzhujianzengduo。youcikejian，yinruqingzhiguliaonenggouweishiyanggoujiandaliangkongdaojiegou
，duishiyangqinglianghuayuduokonghuashifenyouli。ciwai，zaitianjiaqingzhiguliaohou
，jiaozhuliaoshiyangzhongguliaoyujizhijiehebianjiecengbiandemohu，xingchenglejinmijiehedezhuangtai。zheshiyinweiqingzhiguliaojuyouqikonglvgao、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。

　　測(ce)量(liang)樣(yang)品(pin)的(de)熱(re)導(dao)率(lv)得(de)知(zhi)，隨(sui)著(zhe)輕(qing)質(zhi)骨(gu)料(liao)添(tian)加(jia)量(liang)增(zeng)加(jia)，試(shi)樣(yang)熱(re)導(dao)率(lv)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)。輕(qing)質(zhi)骨(gu)料(liao)的(de)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)
，能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)熱(re)傳(chuan)導(dao)路(lu)徑(jing)

，阻(zu)礙(ai)熱(re)量(liang)傳(chuan)遞(di)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)澆(jiao)注(zhu)料(liao)的(de)熱(re)導(dao)率(lv)。由(you)此(ci)可(ke)見(jian)，通(tong)過(guo)引(yin)入(ru)輕(qing)質(zhi)骨(gu)料(liao)，能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)澆(jiao)注(zhu)料(liao)的(de)隔(ge)熱(re)保(bao)溫(wen)能(neng)力(li)，降(jiang)低(di)冶(ye)金(jin)窯(yao)爐(lu)能(neng)耗(hao)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)節(jie)能(neng)環(huan)保(bao)的(de)作(zuo)用(yong)。

　　（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）