钛铝酸钙加入量对铝镁浇注料性能的影响

梁小龙，王子军，王义龙，姜 乐，纪建东，郝立可

（唐山市国亮特殊耐火材料有限公司，河北 唐山063021）

钛铝酸钙是在钛铁合金的冶炼过程中产生的副产品，通过对现有钛铁合金冶炼过程中排出的“渣”即钛铝酸钙的化学成分及物相组成的分析，这类“渣”实际上是一种以钛铝酸钙、六铝酸钙为主，二铝酸钙及钛酸钙为副的高熔点复相材料，其耐火度可达1 790℃以上，在高温工业应该有很好的利用价值。综合利用、消耗废渣及尾矿是目前国家产业政策的导向。本试验中，拟在钢包铝镁浇注料中加入钛铝酸钙等量替代其中的高铝骨料，研究钛铝酸钙加入量对钢包铝镁浇注料性能影响。

1 试验

1.1 原料

试验所用原料有：A85 高铝矾土（8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm、≤1 mm、≤0.045 mm）、钛铝酸钙（5～3 mm、3～1 mm）、96烧结镁砂 200目、氧化铝微粉、92硅灰、减水剂等。A85高铝矾土及钛铝酸钙的主要化学组成见表1，钛铝酸钙XRD图谱见图1，其主要物相为 Ca（（Al0.84Ti0.16）2）6O19和 CaAl12O19（CA6），次晶相为CaAl4O7（CA2）、α-Al2O3，还有少量的 CaTiO3和金红石相[1-2]。

表1 主要的原料化学组成

图1 原料钛铝酸钙原料的XRD图谱

1.2 试验过程

表2为试样的配料表。按照表2进行配料并干混均匀，在砂浆搅拌机中加水搅拌均匀，振动成型，制成尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的长方条试样及70 mm×70 mm×70 mm、内孔尺寸为Φ30 mm×35 mm的干锅试样，在室温条件下养护24 h脱模。然后在110℃干燥24 h，分别经 110℃×24 h，1 000℃×3 h，1 500℃×3 h热处理。

表2 试样配比

1.3 性能检测

按照YB/T 5201-1993测量干燥后、烧成后样条的抗折、耐压强度；按YB/T 5200-1993测量干燥后、烧成后样条的显气孔率、体积密度；按YB/T 5203-1993检测试样在1 200℃和1 550℃保温3 h热处理后的线变化率。

在干燥后的坩埚试样的内孔中加入40 g的钢包渣，在1 550℃处理3 h后，自然降温至常温后，沿最大径切开，测量其侵蚀面积和渗透面积，计算试样的侵蚀指数和渗透指数（2#~6#试样的侵蚀（渗透）面积/1#试样的侵蚀（渗透）面积×100%）。钢包渣的化学成分见表3。

表3 钢包渣化学组成

2 结果与讨论

2.1 体积密度和气孔率

钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料显气孔率、体积密度的影响如图2、图3所示。可以看出110℃×24 h干燥后试样的气孔率和体积密度均差别不大，显气孔率在17%～18%的范围内，体积密度2.84左右。

图2 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料显气孔率的影响图

图3 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料体积密度的影响图

当经过1 500℃保温3 h热处理后，在替代率为60%时，试样的显气孔率最小，体积密度最大。这是因为适量的钛铝酸钙加入可以促进烧结，提高材料的致密性；同时，随着温度的升高，钛铝酸钙所含的CA2相与试样的刚玉相反应生成CA6，伴随着体积膨胀，挤压试样内部气孔，从而降低试样气孔率，提高体积密度。当替代率超过60%之后，过量的液相可能导致试样内部产生裂纹，物相反应导致体积膨胀过大，使得气孔率升高，体积密度减小。

2.2 重烧线变化率

钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料重烧线变化率的影响如图4所示。1 200℃保温3 h后的试样均发生膨胀，并且随着钛铝酸钙替代率的增大，试样的线变化率增大。1 550℃保温3 h后的试样先收缩，当替代率≥60%的时候开始膨胀，在60%时线变化率为+0.12%，试样的微膨胀可以提高试样的致密性，从而有利于提升其强度性能及抗渣性能等。

图4 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料重烧线变化率的影响图

2.3 常温强度

钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料常温抗折、耐压强度的影响如图5、图6所示。可以看出，常温抗折及耐压强度呈现先降低再升高然后再降低的趋势，并且在替代率为60%的时候，除常温耐压强度外，其他强度指标均达到最大值。

图5 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料抗折强度的影响图

图6 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料耐压强度的影响图

2.4 抗渣性

抗渣试验后的试样沿最大径切开的剖面如图7所示，试样的渣侵蚀指数及渣渗透指数如表3所示。

图7 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料抗渣性的影响图

表3 试样的抗渣性能

从图7和表3可以看出随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样抗渣侵蚀和抗渣渗透性能均变差。在钛铝酸钙替代率为60%时，抗渣性稍有回升趋势，再继续提高替代率，抗渣性有明显下降。

3 结论

（1）随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样经1 550℃保温3 h处理后的显气孔率先减小再增大，体积密度先增大再减小，在替代率为60%时气孔率最小，体积密度最大。

（2）随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样经1 200℃保温3 h处理后的膨胀率逐渐增大；试样经1 550℃保温3 h处理后先收缩，在替代率为60%时开始膨胀。

（3）随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，常温抗折及耐压强度呈现先降低再升高然后再降低的趋势，并且在替代率为60%的时候，除常温耐压强度外，其他强度指标均达到最大值。

（4）随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样抗渣侵蚀和抗渣渗透性能均变差。在钛铝酸钙替代率为60%时，抗渣性稍有回升趋势，再继续提高替代率，抗渣性有明显下降。