随着铝冶炼技术的发展，对熔铝炉内衬用耐材提出了更高的要求，同铝液接触的部位要求具有高的化学稳定性和良好的抗热震性。许多学者对熔铝炉用耐材的改进进行了研究，目前熔铝炉渣线以下和炉底部位内衬主要采用高铝砖。非氧化物氮化硅铁具有热膨胀系数小、热震稳定性好及不易被熔渣渗透等特点，因此本研究在高铝质浇注料中引入氮化硅铁，探讨其加入量对高铝质浇注料性能的影响。

1 试验

1.1 原料

主要原料包括GL-80高铝熟料、棕刚玉粉、铝微粉、二氧化硅微粉、纯铝酸钙水泥等，其化学组成见表1。

表1 主要原料化学组成(w) %

1.1 试样制备及性能检测

根据表2的试样配方进行配料，将配好的料倒入B20强力高速搅拌机中，加入一定量的水进行湿式搅拌4~5min，在测量拌合料流动值达到要求后进行浇注成型。试验在室温23℃、湿度66%下进行。

表2 试样配方(w)%

流动值测定方式：将搅拌好的料装进高(60±0.5)mm，上口内径为Φ(70±0.5)mm，下口内径Φ(100±0.5)mm的截锥圆模中，并放置在GZ-85型水泥胶砂振动台上，待料表面返浆后，轻轻拔掉圆锥体震动30s，使拌合料自由平铺开来，测4个方向的直径并取平均值，即是该料的流动值。

将流动值达到要求的料倒入三联模具(40mm×40mm×160mm)和坩埚模具(外形尺寸为Φ100mm×100mm，中孔尺寸为Φ(45~50)mm×60mm)中振动成型，并在干燥箱中于110℃×16h干燥，将干燥后试样放入电炉中分别进行1000℃×3h、1300×3h的热处理。分别按照GB/T3997.1—1998、GB/T2997—2000、GB/T5072.2—2004、GB/T3001—2000检测试样的线变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折和耐压强度。

采用静态坩埚法对1000℃×3h烧后试样进行抗渣试验。试验程序如下：在坩埚内下部放入金属铝块适量，上部放入少许熔剂(冰晶石)，在电炉中进行1000℃×24h的热处理，冷却后将试样从中间剖开，以坩埚中铝的渗透深度来评价浇注料的防铝液渗透性，同时测量覆盖剂对坩埚的侵蚀情况，以评价浇注料在熔铝炉中使用时的抗渣性能，并对抗渣试验后进行扫描电镜和能谱分析。

2 结果与讨论

表3为加入不同量氮化硅的铁浇注料的流动值。由表3可知，随着氮化硅铁加入量的增加，浇注料的流动值略有减小，但总体变化不大，说明氮化硅铁粉加入量对浇注料流动性影响不大。

表3 氮化硅铁加入量不同的浇注料的流动值

氮化硅铁加入量对高铝质浇注料常温物理性能的影响。

随着氮化硅铁加入量的增加，试样经不同温度处理后的线变化率均不断减小;经110℃×16h、1300℃×3h热处理后的试样的体积密度呈不断上升趋势，经1000℃×3h热处理后试样的体积密度变化不大;经不同温度热处理后试样的显气孔率逐渐降低，但试样经110℃×16h处理后的显气孔率远低于经高温处理(1000℃×3h、1300℃×3h)后的，在氧化气氛下，试样中的氮化硅铁发生了氧化反应，产生了气体，使试样的显气孔率提高;试样经过不同温度处理后的常温耐压及抗折强度均呈不断升高趋势，但试样经过1000℃×3h处理后的常温耐压强度远低于经110℃×16h、1300℃×3h处理后的，试样经110℃×16h的常温抗折强度远高于经1000℃×3h、1300℃×3h处理后的，分析认为，110℃×16h处理后试样的常温抗折强度主要来自于水泥的水化作用，但经过1000℃×3h处理后，水泥水化作用引起的强度减弱，同时由于发生了反应，致使试样组织结构变的疏松，强度下降，而随着热处理温度的提高，反应生成活性较高的SiO2与Al2O3反应生成了莫来石的，见反应式，又促进了材料的烧结，使材料的强度有所提高。

不同氮化硅铁加入量的试样经1000℃×24h渣侵蚀后的剖面形貌。，由此可以看出，随着氮化硅铁加入量的增加，熔渣对试样的渗透略有加强，加入5%的氮化硅铁的坩锅双铝液渗透较严重，这于试样中氮化硅铁氧化产生微孔有关，但熔渣对试样的侵蚀均较弱。由此说明，将适量的氮化铁引入高铝质浇注料中，对材料抗铝液渗透性能影像较小。

渣侵后试样，在高铝浇注料中引入氮化硅铁，经高温处理后，试样中的部分氮化硅铁氧化，造成试样基质部位出现了孔洞。当氧化硅铁加入量较多(5)时，基质部位孔洞较多，造成铝液极易渗透到试样中。试样中氮化硅铁的加入量不宜过多。

3 结论

(1)试样经110℃×16h、1000℃×3h、1300℃×3h处理后，随着氮化硅铁加入量的增加，试样的线变化及显气孔率均呈不断减小趋势，体积密度、常温抗折和耐压强度均呈增大趋势，但试样经1000℃×3h处理后的常温耐压强度原低于试样经110℃×16h、1300℃×3h处理后的强度，试样经110℃×16h的常温抗折强度远高于试样经1000℃×3h、1300℃×3h处理后的强度。

(2)随着氮化硅铁加入量的增加，熔渣对试样的渗透略有加强，加入15%氮化硅铁的坩埚试样铝液渗透较严重，但熔渣对试样的侵蚀程度均较弱。