随着炼钢技术的发展，钢包由原来功能单一的盛装钢水容器转变为功能多元化的炉外精炼设备。其内衬耐火材料不仅要承受很高的温度，而且需要抵抗钢液和熔渣的冲刷和侵蚀。长期以来，对工作衬耐火材料致密高强的追求，一定程度上可增强钢包用耐火材料的抗冲刷性和抗侵蚀性，但对抗热震性不利。而在耐火材料损毁方式中，尤以热剥落和结构剥落对衬体使用寿命影响大。研制带微孔的轻量化原料，使以其为主要原料的耐火制品在保持强度、抗渣性等使用性能不降低的前提下，通过提高材料内部微气孔率，降低热导率和结构热应力，提高抗热震性并具有一定的保温性能，意义重大。这种原料用于工作衬可减少热损失，减轻热剥落，有利于实现长寿命和节能降耗一体化。目前的轻质骨料虽然隔热性好，但由于其含大量大孔径气孔、强度低，不能起到抵抗高温熔体冲刷和侵蚀的作用，只能使用在非工作层，而不能用作如钢包用耐火材料等直接与高温熔体接触的工作层。
目前，关于轻量化耐火材料的研发主要集中在耐火制品上，而对原料的化学矿物组成、晶体形貌、晶界结构、气孔结构及分布等与轻量化耐火材料的导热性、抗热震性、抗侵蚀性之间内在联系的研究甚少。日本品川耐火材料公司2010 年开发出一种低导热型Al2O3-MgO-C 砖，利用一种特殊氧化铝骨料取代原有的电熔氧化铝骨料，使得该砖体积密度和热导率都降低10%左右，而其他性能基本未变，可用于钢包用耐火材料。有研究人员以工业氧化铝为主要起始物料，利用复合造孔技术和控制晶界迁移的烧结理论，通过起始物料的最佳组合，温度与时间的控制，晶间、晶内微孔结构及分布与宏观性能关系的研究，确定出一种轻量化氧化铝原料。用其为主原料制备的铝镁浇注料，与采用常规烧结氧化铝为主原料的同材质浇注料相比，各项使用性能未减弱，而热震稳定性和隔热性得到了明显增强。
轻量化烧结氧化铝的性能
理化性能。所开发的轻量化烧结氧化铝的性能及其与常规烧结氧化铝的比较见表1。
物相组成。研究人员对所开发的轻量化烧结氧化铝作了X-射线衍射(XRD)分析。由其图谱可知，轻量化烧结氧化铝的主晶相为α-Al2O3，有微量的β-Al2O3 相和杂质氧化物固溶体。
显微结构分析。观察轻量化烧结氧化铝与常规烧结氧化铝的显微结构对比照片可以发现，两者断口形貌特征相似，均呈穿颗粒断裂；刚玉晶体发育良好，晶体大小10μm~100μm，彼此交错排列，细小晶体填充于粗大晶体之间，没有液相胶结晶界。轻量化烧结氧化铝在晶内晶间拥有更多的封闭气孔。
孔径分布。观察轻量化烧结氧化铝的孔径大小分布和孔径百分比分布图可知，轻量化烧结氧化铝内部所含气孔明显高于普通烧结氧化铝的。前者中位径为0.492μm，而后者中位径为0.950μm。
轻量化烧结氧化铝在浇注料中的应用
研究人员在氧化铝-尖晶石浇注料中，用轻量化烧结氧化铝逐渐代替普通烧结氧化铝骨料，测试了浇注料的加水量、流动值、常温抗折强度、耐压强度、抗热震性、导热性等性能，采用静态坩埚法测试了浇注料的抗渣性。
轻量化烧结氧化铝对浇注料加水量和流动值的影响。分析轻量化烧结刚玉与浇注料加水量、流动值的关系可知，随着轻量化烧结氧化铝的增加，其加水量在4.5%~4.8%，流动值在200mm~220mm的范围，波动不大。加入量为60%时与加入量为0 时所用的加水量相同，但此时浇注料的流动性有一定程度的提升。这可能是由于轻量化烧结刚玉体积密度小、质量轻，在相同重量的情况下，骨料部分体积有所增多，改变了颗粒分布，使流动性有所增加。这说明轻量化烧结氧化铝的替代引入，对氧化铝-尖晶石浇注料的流动性无负面影响。
轻量化烧结氧化铝对浇注料体积密度和显气孔率的影响。随着轻量化烧结氧化铝加入量的增加，经不同温度热处理后浇注料的体积密度均有所降低，而显气孔率却变化不明显，未呈现出上升趋势。体积密度减小是因为轻量化烧结氧化铝自身的体积密度小，随其加入量增加，浇注料的体积密度下降。显气孔率变化不明显是因为轻量化烧结氧化铝中的气孔小且多以封闭气孔形式存在，其加入量的增多对浇注料显气孔率的影响甚微。这表明，以轻量化烧结氧化铝作骨料，有利于浇注料实现相对的轻量化。
轻量化烧结氧化铝对浇注料常温抗折强度和耐压强度的影响。分析轻量化烧结氧化铝与浇注料抗折强度的关系和轻量化烧结氧化铝与浇注料耐压强度关系可知，随着轻量化烧结氧化铝加入量的增加，氧化铝-尖晶石浇注料的常温抗折强度变化不大，甚至还有略微增加。全部替换普通烧结氧化铝后，耐压强度有明显增高。这说明轻量化烧结氧化铝内部增加的微气孔对浇注料的强度影响不大，微孔化材料的界面与基质可更好地结合，从而提高了浇注料的强度。
轻量化烧结氧化铝对浇注料抗渣性影响。对比两种铝镁浇注料坩埚法抗渣试样的剖面可以发现，两者抗渣侵蚀性基本相当。这说明轻量化烧结氧化铝气孔率的提高，未明显降低制品的抗渣性，甚至由于微孔化界面与基质料在高温下的结合程度更好，抗渣渗透性还有略有改善。
轻量化烧结氧化铝对浇注料热震稳定性和导热性的影响。采用1100℃加热-水冷一定次数后观察裂纹程度法，用标砖试样检测了浇注料的热震稳定性。
分析轻量化烧结氧化铝加入量与浇注料热震稳定性的关系可知，随着轻量化烧结氧化铝加入量的增加，试样的热震稳定性呈上升趋势。加入量为60%时最好，为26 次，而采用常规烧结氧化铝的试样热震稳定性仅为10 次。材料随着温度的升降，产生膨胀或收缩，如果膨胀或收缩不能自由发展时，内部产生的热应力达到一定程度后就会造成材料损坏。采用常规烧结氧化铝时热震稳定性相对差是由于内部致密，难以将内部应力排出，导致产生裂痕，最终剥落、碎裂。而轻量化烧结氧化铝中大量存在的微孔有助于释放热应力，导致浇注料的抗热震性提高。
综合以上研究成果可以发现，与常规烧结氧化铝相比，轻量化烧结氧化铝具有体积密度小、内部微气孔含量多、热导率低等特性，对提高材料的热震稳定性和降低导热性有贡献。
同时，在铝镁浇注料中用轻量化烧结氧化铝代替常规烧结氧化铝骨料，基本不影响浇注料的加水量和流动值，且浇注料的体积密度得到降低，可减少材料的消耗量；同时，未明显降低浇注料的常温强度和抗渣性，甚至还略有改善。
此外，全部使用轻量化烧结氧化铝代替铝镁浇注料中的常规烧结氧化铝，浇注料具有最好的热震稳定性，导热系数降低了10%以上。这对延长材料的使用寿命和降低热损耗具有正面作用。
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