最近十几年，耐火浇注料取代耐火砖的趋势持续增加，特别是高铝质低水泥自流浇注料，因其具有优异的流动性能和物理性能，在钢铁行业得到广泛应用。最初的耐火浇注料仅由水泥和骨料组成，随后又以优化浇注料的性能，如施工性能和可施工时间等为目的，又加入了反絮凝剂和细骨料。
为了配制自流浇注料，其组成和骨料系统的颗粒级配必须仔细的选择，因为颗粒级配是影响浇注料流变性能最重要因素之一。
文中用n值在0.20~0.25之间的Andreassen模型来评价颗粒的堆积行为，用流动性试验中的流动锥和流动面来测定其流动性，目的在于研究颗粒级配、烧成温度、铝酸盐骨料类型和其它参数对自流浇注料流变性和物理性能的影响。
实验过程
原料和混合料
混合料由板状刚玉、白刚玉、棕刚玉、煅烧铝矾土、煅烧氧化铝、活性氧化铝、硅微粉和高铝水泥组成。原料的基本化学组成列于表1，并用荧光衍射仪分析其岩相组成。
表1 原料的典型化学组成
制备不同颗粒级配的浇注料试样，其颗粒级配按Andreassen模型中n值在0.20~0.25之间进行配制。
试样制备
所有骨料系统的成分在Hobar混料机中干混lmin，然后加水湿混4min，直到具有流动性能。一部分浇注料用来做流动性测试，另一部分倒入模具中，不经过振动，制成50mm>50mm>50mm的试样，脱模后，试样在常温下养护24h，然后在110°C干燥18h，分别在1100°C、1300°C、1500°C的温度下烧成，保温5h。
为了衡量浇注料的流动性能，进行流动性试验C230的测试。此实验包括一个流动锥和一个流动桌面。流动锥外径70mm、内径100mm、高度70mm。混合后，金属模具中填满自流绕注料，在不经过振动的情况下被提起。10min后，测量的浇注料在桌面上的扩展直径，就是浇注料的流动值。试样的显气孔率和体积密度用水浸法进行测定。
结果和讨论
颗粒级配的影响
Andreassen方程中n值在0.20~0.25之间变化时，用板状刚玉作骨料，不同颗粒级配的浇注料流动值变化的对比关系。
实验结果表明，n值为0.23时，浇注料的流动性最好，大概在此值下，颗粒之间的摩擦小，颗粒堆积很致密。调整颗粒级配是获得自流性能首要考虑的因素，那么选择参数n值为0.23的颗粒级配，能获得满意的结果。
烧成温度的影响
常温耐压强度
在110t下干燥18h之后的浇注料试样，分别1100℃、1300℃、1500℃下烧成，并保温5h，然后测定其耐压强度。烧成温度对n值为0.23的浇注料射压强度的影响。
当骨料系统与水反应后形成水合相，而水合相反过来减少了浇注料的强度。通过烧成，产生了烧结和颗粒之间的陶瓷结合，促进了浇注料强度的增加。
因此表明，烧成温度提高时，试样的耐压强度也随之提高。在1100°C烧成之后，结构中产生刚玉相(a-Al2O3)、钙斜长石和莫来石相。 刚玉和莫来石有助于浇注料强度的增加。当烧成温度增加到1300℃，除产生以上的晶相外，还产生CA6相，它能抑制钙斜长石的生成。1500C烧成之后，发现刚玉、钙斜长石、莫来石和六铝酸钙相都存在，而钙斜长石相进一步减少了。
显气孔率
烧成温度对n为0.23的浇注料显气孔率的影响。烧成温度初始增加时，显气孔率也随之增加，但是当烧成温度增加到1500°C时，显气孔率开始出现降低，这可以解释为高温下细骨料熔融，因而使结构中的气孔封闭。
试样中不同氧化铝原料的影响
表2示出了用不同氧化铝作原料时制备的样块的性能。n为0.23的浇注料用板状刚玉作原料时，自流性能似乎最理想。也可以说，白刚玉和棕刚玉可作为生产自流浇注料的替代原料。然而浇注料用煆烧铝矾土时，要获得好的流动性能，振动是很必要的。
表2 n=0.23时用不同类型的刚玉原料制得的浇注料的性能
硅微粉的影响
流动直径
硅微粉的加入量对n为0.23的浇注料流动直径的影响。
随着硅微粉含量的增加，流动直径增大。当硅微粉量增加到12%时，流动直径反而降低。在此类浇注料系统中，如果增加细粉和超细粉的用量，就会产生絮凝趋势，这种作用反而会引起流动性能的降低。在浇注料中引入硅微粉，能改善颗粒的堆积形态，减少加水量，填充结构内问隙而降低气孔率并使其具有适宜的机械强度。
显气孔率
硅微粉加入量对n为0.23自流浇注料显气孔率的影响。
硅微粉以其等轴和超细粉形态，填充结构内的间隙而引起浇注料的显气孔率降低。
煅烧氧化铝的影响
煅烧氧化铝含量对自流浇注料流动性的影响。
随着煅烧氧化铝含量增加，浇注料的流动性随之增加，但是正如上面提到的一样，加如量继续增加时，也会产生絮凝作用。
显微结构分析
不同烧成温度下的显微结构
板状刚玉质自流浇注料在1100℃烧后的显微结构，基质的主要部分是刚玉(a-Al203)相，钙斜长石(CAS)广泛分布于液态结合相中，结构中还可见到氧化铝和硅微粉形成的莫来石晶相。除此之外，显微结构中还见到水泥颗粒、晶坯和起泡现象。1300℃烧后的显微结构，产生的晶相与1100℃烧后的晶相相同。图在此温度下，产生了低熔点的玻璃相，如钙铝黄长石(2CaCVAl2(VSi02)和钙斜长石(CaO-AI203·Si02)。
不同氧化铝的显微结构分析
白刚玉质自流浇注料的主要基质是刚玉相，还有前面所说的硅酸盐相。除了这些以外，结构中还有六铝酸钙相 (CA6)，它是氧化钙和氧化铝在1300°C以上反应形成的，此晶相在改善浇注料的机械强度方面具有重要的作用。铝矾土质自流浇注料的显微照片，由于铝矾土原料中含有较多的杂质，因此这些杂质在结构中产生了混合物。
结论
基于以上的分析结果，可以得出有关自流浇注料的以下结论：
①使用的n值为0.23或0.22；②硅微粉加入量为9%；③煅烧氧化铝的加入量为12%；④使用的原料为板状刚玉、白刚玉和棕刚玉；⑤高温下烧成。
