摘    要：以特级矾土、钛铝酸钙、硅微粉、氧化铝微粉和铝酸钙水泥为主要原料制备了铝硅质浇注料。研究了钛铝酸钙加入量(质量分数分别为0、20%、40%、60%)对试样性能的影响。结果表明:随着钛铝酸钙加入量的增多,110℃烘干后试样永久线变化率差别不大,1500℃烧后试样永久线变化率呈上升趋势;烘干及烧后试样的显气孔率呈下降趋势,体积密度呈上升趋势。1500℃烧后试样常温抗折强度和高温抗折强度略有下降。试样抗热震性变化不大。分析认为钛铝酸钙中的CA2物相高温下与刚玉反应生成CA6产生体积变化导致1500℃烧后试样永久线变化率呈上升趋势,其疏松多孔的结构可能是造成试样常温抗折强度略有下降的原因。

铝硅质浇注料作为浇注料的一个重要分支被广泛应用到炼钢、连铸、轧钢等高温领域。由于环保等压力造成铝硅质浇注料中的原料高铝矾土供应紧张且成本不断上涨。钛铝酸钙是一种钛铁合金冶炼工艺中产生的一种副产品[1]，由于Ca O-Al2O3-Ti O2三元体系没有低熔点相，理论上认为钛铝酸钙可以作为耐火材料的原材料。本工作中，主要研究使用钛铝酸钙代替铝硅质浇注料中部分85特级矾土，考察钛铝酸钙加入量对铝硅质浇注料性能的影响。

1 试验

1.1 原料及试验方案

本试验所用的主要原料及其化学组成见表1。

表1 主要原料的化学组成  

按骨料与基质的质量比70:30进行配料，固定骨料中85特级矾土和钛铝酸钙总量不变，分别加入质量分数为0、20%、40%以及60%的钛铝酸钙，试样编号分别记为A0、A20、A40和A60。

1.2 试验过程和性能检测

将四组物料加适量的水搅拌后振动浇注成160 mm×40 mm×40 mm的试样，自然养护24 h后脱模，在空气气氛中于110℃烘干24 h，并取部分烘干后的试样在电炉中于1500℃保温3 h烧成。对烘干及烧后的试样分别测试体积密度、显气孔率、永久线变化率和常温抗折强度，并检测1500℃烧后试样的的高温抗折强度（1300℃保温0.5 h）及抗热震性（1100℃保温0.5 h，水冷1次），以其抗折强度保持率表征其抗热震性。使用X-射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对钛铝酸钙原料进行物相和显微结构分析。

2 结果与分析

2.1 钛铝酸钙加入量对试样永久线变化率、显气孔率和体积密度的影响

图1示出了钛铝酸钙加入量对试样永久线变化率、显气孔率和体积密度的影响。可以看出，随着钛铝酸钙加入量的增多，110℃烘干后试样永久线变化率差别不大，1500℃烧后试样永久线变化率呈上升趋势，试样的显气孔率呈下降趋势，体积密度呈上升趋势。

图1 钛铝酸钙加入量对试样永久线变化率、显气孔率和体积密度的影响   

图2为钛铝酸钙的XRD图谱。可以看出，其主要物相为CA6、CA2、Ca((Al0.88Ti0.12)2)6O18和CaTiO3。由于高温下CA2和刚玉反应生成CA6会产生一定的体积膨胀[2]，因此从试样A0到试样A60的烧后永久线变化率呈上升趋势。

图2 钛铝酸钙原料的XRD图谱   

2.2 钛铝酸钙加入量对试样常温抗折强度的影响

图3为示出了钛铝酸钙加入量对试样常温抗折强度的影响。可以看出，随着钛铝酸钙加入量的增多，110℃烘干后试样常温抗折强度差别不大，1500℃烧后试样常温抗折强度略有下降，其中试样A60下降稍明显。

图3 钛铝酸钙加入量对试样常温抗折强度的影响   

图4为钛铝酸钙原料的SEM图片。其中深色区域为刚玉，灰色部分为铝酸钙，白色区域为富钛物相。可以看出，钛铝酸钙原料较为疏松，这可能是造成钛铝酸钙加入量过多时，试样常温抗折强度下降的原因。

图4 钛铝酸钙原料的SEM图片  

2.3 钛铝酸钙加入量对试样高温抗折强度的影响

图5示出了钛铝酸钙加入量对试样高温抗折强度的影响。可以看出，随着钛铝酸钙加入量的增多，试样高温抗折强度略有下降，下降幅度不明显。

图5 钛铝酸钙加入量对试样高温抗折强度的影响  

2.4 钛铝酸钙加入量对试样抗热震性的影响

图6为示出了钛铝酸钙加入量对试样抗热震性的影响。可以看出，随着钛铝酸钙加入量的增多，试样抗热震性变化不大。

图6 钛铝酸钙加入量对试样抗热震性的影响   

3 结论

(1）随着钛铝酸钙加入量的增多，试样烘干及烧后的显气孔率呈下降趋势，体积密度呈上升趋势。1500℃烧后试样常温抗折和高温抗折强度略有下降。试样抗热震性变化不大。

(2）钛铝酸钙中的CA2物相高温下与刚玉反应生成CA6产生体积变化导致1500℃烧后试样永久线变化率呈上升趋势。

(3）钛铝酸钙疏松多孔的结构可能是造成试样常温抗折强度略有下降的原因。

来源：中国知网