隨著礦產資源的逐步枯竭，剛玉、礬土等資源性的原料價格逐年看漲;同時，鋼鐵企業對成本的控制也使耐火材料的售價逐年走低。因此，急需開發一種成本更低，使用性能優異的鋼包自流澆注料。順應這種發展趨勢，我公司采用我國資源豐富、價格低廉的鎂砂代替價格高昂的剛玉等材料，成功研制了低成本、高性能的鋁鎂質鋼包自流澆注料，不僅能滿足鋼鐵企業的使用要求，也為企業帶來了很好的經濟效益。
試驗
原料
采用的主要及其化學組成見表1。
表1 試驗用原料的化學組成(w) %
試樣制備
以棕剛玉和鎂砂顆粒為骨料，剛玉細粉及Al2O3微粉等為基質料，骨料與基質料按65:35的質量比配料。改變鎂砂的粒度組成、添加量及品位，調整基質中Al2O3微粉的比例，將不同配料組合混勻后加入適量的水，充分攪拌，使其具有很好的流動性，然后自然澆注(不振動)成40mm×40mm×160mm的條樣，成型24h后脫模，并在20~30℃的環境溫度下養護24h，然后在(110±5)℃下干燥24h，干燥后試樣進行1500℃3h熱處理，冷卻后測其常溫抗折強度、常溫耐壓強度和燒后線變化率。
澆注料初始流動值及衰減的測定
眾所周知，自流澆注料最重要的特性就是流動性能優良，因此，流動性的檢測至關重要，本試驗采用GB 2429—81中描述的方法檢測自流料的流動值。為保證施工性能，同時需檢測自流料流動值的衰減，一般來說，需保證30min的現場可施工時間，因此，本實驗同時還檢測了同一盤澆注料靜置30min后的流動值。
結果與討論
鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響
以電熔鎂砂為例研究鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響。保持鎂砂的總量不變，調整鎂砂的粒度組成，分別制作1#~4#四組澆注料(分別加入足量的水分)，檢測初始流動值及30min后的流動值衰減，檢測結果見表2。
表2 鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響
從表2可以看出，隨著鎂砂顆粒的增多，澆注料的初始流動值增加，流動值衰減減少，但初始流動值的增加不太明顯，流動值衰減卻相當明顯：細粉加入量最多的1#試樣，靜置30min后澆注料已基本無流動性，無法施工；2#、3#試樣的流動性衰減也較大， 施工性能不好;4#試樣以全顆粒鎂砂形式加入，初始流動性好，衰減也低，施工性能優良。其主要原因是鎂砂粒度減小，鎂砂表面的水化越兇，流動性衰減也就越快。因此，考慮到自流料的施工性能，鎂砂的加入方式采用全顆粒形式加入。4#試樣與剛玉質自流料的流動性相當，主要是由于鎂砂顆粒形狀較規則，被細粉包裹時阻力不大，同時鎂砂顆粒的水化緩慢，因此流動性衰減也不大。
鎂砂添加量對澆注料流動性及物理性能的影響
根據2.1的結論，鎂砂均采用顆粒形式加入。以電熔鎂砂為例研究鎂砂添加量對澆注料流動性及強度的影響。
改變鎂砂顆粒的加入量制成4#~6#澆注料試樣，檢測初始流動值和30min后的衰減流動值，以及澆注成型后試樣于1500℃3h熱處理的物理性能。具體添加量及性能的檢測結果見表3。
表3 鎂砂添加量對自流料流動性和熱處理后物理性能的影響
從表3可以看出：
(1)鎂砂顆粒添加量對自流料的流動值影響不大，4#~6#自流料試樣的初始流動值均較好，流動性衰減也較少。這可能是由于鎂砂顆粒水化較弱，即使添加量增加，水化程度的增加也不明顯，因此對流動性的影響較小。
(2)隨著鎂砂添加量的降低，試樣的強度增加，線膨脹變小。這主要是由于鎂砂越多，在高溫下MgO與Al2O3反應生成的尖晶石量越多，因此線膨脹率也越大;同時鎂砂含量增多后，由于組織結構的不均勻及熱膨脹系數不匹配，未反應的鎂砂接力在冷卻過程中于周圍基質間產生的間隙增多，導致澆注料整體結構疏松，強度相應下降。可見，當鎂砂顆粒的加入量在20%時，澆注料具有優異的流動性能，較好的強度，以及較小的線變化率。
鎂砂品位對澆注料理化性能的影響
保持鎂砂的總量不變，研究97高純鎂砂與95中檔鎂砂對澆注料強度及燒后線變化率的影響，結果見表4。從表中可以看出，隨著鎂砂品位的降低(原料成本也隨之下降)，試樣的強度增加，線膨脹率變小。這可能時由于鎂砂品位降低，材料中的CaO、SiO2等雜質成分增多，在高溫下基質部分容易形成更多的低熔相而促進燒結，產生的收縮部分抵消了試樣的膨脹，造成試樣的線變化率降低，燒后常溫強度增加。因此，采用品位更低的95中檔鎂砂作鋁鎂澆注料的骨料，不僅成本更低，也更易于燒結，強度也更高。
表4 鎂砂品位對1500℃ 3h燒后試樣性能的影響
Al2O3微粉添加量對澆注料流動性及理化性能的影響
保持中檔鎂砂的總量不變，研究了不同添加量的Al2O3微粉對澆注料流動性及強度的影響，見表5。從中可以看出：
表5 Al2O3微粉含量對試樣性能的影響
(1)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的流動性呈現先增加后降低的趨勢。當Al2O3微粉含量適當時，主要其填充作用，澆注料流動性增加;當Al2O3微粉的含量過高后，由于Al2O3微粉的比表面積高，活性大，與水接觸時反應程度大，導致澆注料的黏度過高，從而使流動性略有下降。綜合考慮強度及流動性能，Al2O3微粉的加入量為2a時，性能更佳。
(2)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的烘干強度增加，主要由于Al2O3微粉粒徑很小，可以有效填充顆粒與顆粒間的空隙，使澆注料的常溫強度提高;澆注料的燒后強度呈現先增加后降低的趨勢，主要是由于Al2O3微粉活性高，加入量適量時，在高溫下可起到促進燒結的作用，導致強度提高，但當Al2O3微粉的添加量過高后，除一部分填充空隙外，多余的Al2O3微粉優先與澆注料中的水泥發生反應而消耗基質中大量的Al2O3，同時反應伴隨體積膨脹，使澆注體高溫處理后結構缺陷很大，強度降低。因此，鋁鎂質鋼包自流澆注料中水泥含量不宜過高。
(3)工業應用
施工工藝
將自流澆注料倒入攪拌機或料斗內，啟動攪拌機或揮動鐵鏟，并慢慢地加入干凈水進行混料。施工要點如下：
(1)嚴格控制加水量(在干料總質量的6%~7%)，可以根據現場實際情況進行適當調整：
(2)嚴格控制攪拌時間，加入清水后的攪拌時間一般控制在：機械攪拌為3~5min，人工交保為6~8min;以水泥攪拌均勻為準。
(3)攪拌均勻的泥料應復合以下要求;泥料靜置時無分層;排氣性好;流動性好，初始流動值達到190~230mm；無干料、結團現象。
鋼廠使用效果
我公司研制的低成本、高性能鋁鎂質鋼包自流澆注料，已成功在國內多家大中型鋼廠的80~200t鋼包上使用，使用效果優良。該鋁鎂質自流澆注料流動性好，易于施工，能自動推平且排氣性好;高溫使用性能優良，抗鋼水沖刷及熔渣滲透性強;微膨脹，能減少透氣磚與包底之間的縫隙，避免了滲鋼;其使用壽命能與透氣座磚壽命同步。且自流料侵蝕速度優于透氣座磚邊緣的侵蝕強度，因此能很好的保護透氣座磚。綜合分析使用效果及經濟成本，鋁鎂質鋼包自流澆注料完全能代替傳統的剛玉質自流澆注料。
結論
(1)鎂砂以全顆粒形式加入時，鋁鎂質鋼包自流澆注料的流動性及施工性能更佳。
(2)鎂砂以全顆粒形式加入時，其加入量的多少對自流澆注料的流動性及施工性能影響不大;鎂砂含量越低，澆注料的強度越高，線膨脹越小；加入鎂砂顆粒的質量分數以20%為宜。
(3)鎂砂的品位越低，澆注料的成本下降，且強度提高，線膨脹變小。
(4)添加適量的Al2O3微粉對自流澆注料的流動性及強度均有提高。
(5)工業試驗表明，低成本、高性能的鋁鎂質鋼包自流澆注料完全能代替傳統的剛玉質自流澆注料。
