纯氧化铝及氧化铝—碳耐火砖的粒度组成对其性能的影响是什么？93

在本研究中，制备了粒度组成相同且粒度组成变化也相同的纯氧化铝耐火砖以及氧化铝-碳耐火砖，并分别比较了原料粒度组成对各种耐火砖质量的影响。如果将两种砖中原料氧化铝的粒度组成与耐火砖性能之间的关系进行比较，可以发现两种砖的烧成线变化率、抗弯强度以及弹性模量表现出一致的变化趋势，但是，二者的松装比重（表观气孔率）、平均气孔孔径以及耐压强度表现出很大的差别。这是由于由氧化铝单一成分的构成的纯氧化铝耐火砖的特性是由氧化铝颗粒的填充率以及烧结来决定的，而氧化铝-碳耐火砖则表现出其性能除了受氧化铝颗粒的填充率以及烧结影响外，同时还受到添加石墨的变形量的影响。 关键词：粒度组成；氧化铝单一组成砖；氧化铝-碳耐火砖；填充率；石墨的变形1.引言

粒度组成是影响耐火砖各种特性的重要影响因素之一。在耐火砖为氧化物砖的情况下，通常情况下，原料是由粒径大于1mm的粗颗粒、1~0.1mm的中间颗粒以及小于0.1mm的氧化物微粉，还有在烧结过程中消失的水溶性高分子结合剂组成。以往已有过关于氧化物原料的粒度组成与耐火砖性能之间的关系的报道。

对于钢水连铸过程中使用的长水口以及浸入式水口，大多情况下是采用含有石墨的氧化铝-碳耐火砖和氧化锆-碳砖。在这些含有石墨的耐火砖中，通常情况下氧化物原料仅使用粒径小于1mm的微粒，而且添加20~30mass%的鳞片状石墨，除此之外，耐火砖的结合剂选择砖烧成后在砖内部形成碳结合的酚醛树脂。如上所述，在氧化物系耐火砖和含有石墨的耐火砖中，两种耐火砖除了是否含有石墨不同之外，所采用的原料的粒度组成以及选用的结合剂也存在很大的差别。

与氧化物系耐火砖一样，关于含有石墨的氧化物系耐火砖的粒度组成的研究也已见诸报端，所以很多人都认为是所有的氧化物系耐火砖的粒度组成与砖质量之间的关系都如研究报道的结果一样，但是，很难认为耐火砖的粒度组成与砖质量之间关系在所有含有石墨的耐火砖中都成立，仍有进一步研究的必要性。、

在本研究中，分别制备了氧化铝的粒度组成相同的由氧化铝单一组成的纯氧化铝耐火砖和氧化铝-碳耐火砖，并研究了改变原料的粒度组成对烧结后耐火砖性能的影响。实验结果表明，氧化铝-碳耐火砖的性能会因原料粒度组成的改变而发生很大的改变，这意味着氧化铝的粒度组成对氧化铝-碳耐火砖的性能会产生影响，以下将对实验内容及研究结果进行阐述。2.实验方法

2.1实验原料及配料

氧化铝原料采用粒径分别为0.5mm的电熔氧化铝、0.1mm的电熔氧化铝、325目的电熔氧化铝（45μm）以及轻烧氧化铝（平均粒径为4μm）4中原料。4种原料的纯度都在99%以上。石墨原料采用纯度为98%的鳞片状石墨（粒度为80目）。对于结合剂，在纯氧化铝耐火砖中，选择水溶性高分子，在氧化铝-碳耐火砖中选择液体酚醛树脂。

纯氧化铝耐火砖以及氧化铝-碳耐火砖中的原料配比如表1所示。实验室制备的纯氧化铝耐火砖以及氧化铝-碳耐火砖的原料配比，如图1所示，选取的组成是将0.5mm的电熔氧化铝、0.1mm的电熔氧化铝、325目的电熔氧化铝（45μm）+轻烧氧化铝（平均粒径为4μm）作为顶点所围成的三角形内给出的点（以下将0.5mm的电熔氧化铝称为粗颗粒，0.1mm的电熔氧化铝称为中颗粒，325目的电熔氧化铝+轻烧氧化铝称为微粉）。

在纯氧化铝耐火砖的配比试样中，将轻烧氧化铝的比例固定在5mass%，通过调整粗颗粒、中颗粒以及微粉的比例而进得到No.1~13配比。其中，No.1~6采用近似于利用如下式（1）求得的安德雷亚森连续粒度分布曲线的配比。mR=(R/Rmax)q（1）

其中，mR为粒径为R的颗粒的重量积分值的相对含量，R为粒径，Rmax为最大粒径。在本实验中，基于粒度为0.5mm的电熔氧化铝的粒度分析结果，最大粒径Rmax为500μm。q值为改变原料粒度组成配比的指数，q值越小，微粉的比例会增加，粗颗粒的比例会降低。在本实验中，q在0.8~0.3范围内每间隔0.1取一个值，样品序号依次为No.1(q=0.8)~No.6(q=0.3)。No.7~11样品中将粗颗粒和微粉的比例固定在3:2，通过改变中颗粒含量进行粒度组成的调整（在一般的氧化物系耐火砖中，粗颗粒和微粉的比例大约为3:2时耐火砖的松装比重最大）。No.12、13试样是为了将空白处补充完整调整的配比。

另外，在氧化铝-碳耐火砖的组成配料中，由于使用了扁平颗粒的鳞片状石墨，无法采用与氧化铝相同同样的处理方法，所以除了鳞片状石墨外，氧化铝的粒度组成与纯氧化铝耐火砖的粒度组成相同。也就是说，氧化铝-碳耐火砖的配比试样No.14~26是在纯氧化铝耐火砖配比No.1~13的基础上，将氧化铝含量换算成80mass%，石墨含量为20mass%，外加10mass%酚醛树脂作为结合剂得到试样。

2.2实验方法及性能测试内容

首先，根据表1按照各配比准备4000g原料，在纯氧化铝耐火砖原料中添加必要的最少量的水溶性高分子进行混练。在氧化铝-碳耐火砖的配料中外加10mass%液体酚醛树脂进行混练。纯氧化铝耐火砖和氧化铝-碳耐火砖都是采用单轴加压法在100MPa压力下成型，制得尺寸为?40mm?h40mm以及150mm?75mm?40mm的预形体。将该预形体埋在焦炭粉末中，在1500℃保温3小时烧成。从预形体与烧结体之间尺寸的变化得到线变化率（n=2），还有，测定了烧成后试样的松装比重（n=2）、表观气孔率（n=2）、气孔孔径分布（n=1）、耐压强度（n=2）、弹性模量（n=2）以及抗弯强度（n=2）。并将其中一部分试样沿着垂直压力的面进行研磨，借助反射显微镜进行微观组织观察。