傳統(tǒng)的輕質高鋁澆注料由于氣孔孔徑較大，其熱導率較高，只能用于中低溫(≤1200℃)部位。由傳熱學原理可知，若材料內部能形成封閉的圓形微氣孔結構，則可顯著降低其熱導率。為了提高輕質高鋁澆注料的性能，在本工作中，通過添加造孔劑等研制了具有較低熱導率、較高強度和體積穩(wěn)定性的高性能輕質高鋁澆注料。在多種工業(yè)爐1200~1500℃的高溫部位使用，節(jié)能成效顯著。
1 試驗
1.1試驗原料
試驗用原料有：合成輕質骨料、高鋁礬土熟料、漂珠、藍晶石、二氧化硅微粉、氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、以及造孔劑生礬土粉、紅柱石、淀粉、納米炭黑等。原料的化學組成見表1。
表1 原料的化學組成
1.2 試樣制備及檢測
按表2配料，在強制式攪拌機中干混3min，加水濕混2min，振動澆注成40mm×40mm×160mm的試樣。自然養(yǎng)護1d后脫模，再自然養(yǎng)護24h。在110℃烘干24h后，在1350℃保溫3h煅燒。
表2 試樣的配料組成
2 結果與討論
2.1 試樣的體積密度
從圖中可以看出：隨著淀粉添加量由0增加至6%(w)，烘干及煅燒后試樣的體積密度均有所減小，這是因為淀粉的體積密度較小。同時添加淀粉和納米炭黑，烘干及煅燒后試樣的體積密度進一步減小。添加生礬土或紅柱石對烘干及煅燒后試樣的體積密度影響很小。
2.2 試樣的常溫耐壓強度
從中可以看出：隨著淀粉添加量由0增加至6%(w)，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強度均略有減小，這是因為澆注料的需水量略有增大。同時添加淀粉和納米炭黑，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強度進一步減小。添加生礬土或紅柱石后，烘干及煅燒后試樣的常溫耐壓強度均略有增大;但是，由于生礬土和紅柱石的促燒結作用會降低燒后試樣的氣孔率，有違造孔初衷。
2.3試樣的熱導率
燒后試樣的熱導率。可以看出;隨著淀粉添加量由0增加至6%(w)，燒后試樣的熱導率均逐漸減少;同時添加淀粉和納米炭黑，燒斷后試樣的熱導率進一步減小。
2.4試樣的顯微結構
燒后試樣Q、D6和DC(光片)的顯微結構。
(1)試樣Q基質部分較致密，氣孔相對較少，但氣孔直徑較大。大多數(shù)氣孔的直徑為>15um;
(2)試樣D6基質中有較多的微氣孔，且微孔的分布也比較均勻，大多數(shù)氣孔的直徑<15um;
(3)試樣DC基質中也有較多的微氣孔，且微孔的分布比試樣D6的更加均勻，大多數(shù)氣孔的直徑<10um。
(4)試樣D6添加了6(w)的淀粉，由于淀粉的黏度較大，在澆注料中不易分散;而同時添加3%(w)淀粉和0.5%(w)納米炭黑的試樣DC，造孔劑的分散性和澆注料的流動性均改善，因此其微孔結構優(yōu)于試樣D的。
燒后試樣D6和DC的氣孔孔徑分布見圖。可以看出;試樣DC的孔徑更小，因此其熱導率更低。
3. 研制澆注料的性能及應用
綜合以上試驗結果，在降低生產成本和滿足澆注料使用條件的情況下，通過調整澆注料的原料組成和粒度組成及添加燒失物等手段，研制了系列高性能輕質高鋁澆注料，其中MLW-1.8澆注料后，爐子保溫節(jié)能效果明顯，年節(jié)約焦爐煤氣28000m3，同時改善了爐前工的作業(yè)環(huán)境。
生產的牌號為MLW-1的輕質澆注料在某鋼廠2050寬厚板3#軋鋼加熱爐水冷管進行使用，取代原用體積密度約為2.40g·cm-3的重質高鋁澆注料。施工過程中發(fā)現(xiàn)，該澆注料流動性良好，凝結硬化時間合適，脫模后強度高，受到施工單位和用戶好評。
4 結語
(1)在輕質高鋁澆注料中添加造孔劑淀粉和納米炭黑后，澆注料的體積密度、熱導率均有所減小，基質氣孔孔徑減小，并且同時添加淀粉和納米炭黑的試樣的體積密度、強度、熱導率和氣孔孔徑更小。
(2)研制的高性能輕質高鋁澆注料具有較低的熱導率、較高的強度及體積穩(wěn)定性，用于多種工業(yè)爐1200~1500℃的高溫部位，節(jié)能效果顯著，取得了良好的使用效果。
