耐火澆注料預(yù)制件的好壞與制備工藝密不可分，制備工藝會顯著影響材料的顯微結(jié)構(gòu)以及均勻性，例如陶瓷或者耐火材料在振動成型過程中振動時間不足會使材料內(nèi)部氣泡無法順利排出導(dǎo)致氣孔率增加，也會使?jié){料沒有振動均勻致使表面出現(xiàn)大量缺陷，而這些都是裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展的源泉。同時制造一批材料，制備工藝的不成熟會導(dǎo)致材料出現(xiàn)優(yōu)劣之分，對于沖蝕磨損實驗來說，在研究一種材料的沖蝕磨損機(jī)理時，由于制造的多個試樣都表現(xiàn)不出不同的性能，影響沖蝕磨損試驗結(jié)果甚至得出誤導(dǎo)性的結(jié)論。由于在沖蝕試驗前期會出現(xiàn)這種情況，因此我們先說一下制備工藝中一些重要操作對澆注料預(yù)制件耐磨性能的影響，以作參考。

(1)養(yǎng)護(hù)制度

和現(xiàn)場施工一樣，即使是在實驗室中，也需要對成型后的澆注料預(yù)制件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，因本實驗采用的為水泥結(jié)合澆注料，因此，如何提高水泥與骨料和細(xì)粉的結(jié)合強(qiáng)度至關(guān)重要，依次對養(yǎng)護(hù)時間和養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行討論。澆注料預(yù)制件的硬化與周圍濕度有密切關(guān)系，本實驗制備與養(yǎng)護(hù)過程均在實驗室條件下進(jìn)行，并不一定符合現(xiàn)場施工條件。所有脫模試樣都會在110℃下進(jìn)行烘干24h處理。

得出幾點結(jié)論：

(1)耐火磚隨著輕質(zhì)粘土耐火磚標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時間的增加，體積磨損率隨之減小，說明較長時間的養(yǎng)護(hù)對于澆注料預(yù)制件的耐磨性能有較好的效果，但在不脫模養(yǎng)護(hù)兩天基本達(dá)到要求，雖然隨時間的增加磨損率還會減小，但影響有限;

(2)不脫模養(yǎng)護(hù)明顯優(yōu)于脫模養(yǎng)護(hù)，不脫模養(yǎng)護(hù)得到的澆注料耐磨性能基本較好。

養(yǎng)護(hù)是指澆注料預(yù)制件脫水的過程，添加水的量也和養(yǎng)護(hù)時間有關(guān)，在脫模養(yǎng)護(hù)時，預(yù)制件與周圍空氣接觸范圍較廣，養(yǎng)護(hù)過程中水分散發(fā)較快，不利于水泥產(chǎn)生更高的強(qiáng)度。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)的過程中不同澆注料預(yù)制件的質(zhì)量會發(fā)生不同程度的變化，例如在空氣中養(yǎng)護(hù)質(zhì)量一般較小。預(yù)制件中水泥的含量較高，其在水化過程中會使材料更為致密，耐磨性能更好。在養(yǎng)護(hù)過程中盡量保持澆注料預(yù)制件中的水分，可以在表面適當(dāng)?shù)臐菜?/p>

(2)加水量

耐火磚生產(chǎn)設(shè)備

在不同的環(huán)境下加水量會有所不同，以現(xiàn)場澆注料的施工過程為例，加水量過少會導(dǎo)致流動性差澆筑困難，過多也會影響成型后澆注料的強(qiáng)度，需要加入合適的量。在實驗室的環(huán)境進(jìn)行最佳的加水量實驗，在加水量小于5%時，其流動性很差，大骨料裸露程度很高，表面的顯氣孔率高，因此，設(shè)定試驗加水量最低為5%，如表1是加水量與體積磨損率的關(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)，加水量在7.5%左右澆注料預(yù)制件為最佳狀態(tài)。

試驗是在沖蝕時間為20min，沖蝕角度為45°，磨料速度為10.8m/s的條件下進(jìn)行。

在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，原料的差異對澆注料預(yù)制件影響較大，例如所使用的高鋁礬土熟料，產(chǎn)地不同燒成工藝會有所差別，人工因素影響更大，不同的礬土熟料制成的澆注料可能會出現(xiàn)局部耐磨性能很好，另一部分耐磨性能很差的情況，使?jié)沧⒘项A(yù)制件的均勻性較差，因此試驗所用樣塊盡量使用同一廠家同一批次的產(chǎn)品，或者使用質(zhì)量更好更均勻的高鋁均質(zhì)料。

高鋁澆注料預(yù)制件原始成型、內(nèi)部切面分別在30°、45°、60°的沖蝕角度下進(jìn)行試驗后的體積沖蝕率測試結(jié)果。在30°、45°、60°沖蝕角度時，髙鋁澆注料預(yù)制件原始成型面、內(nèi)切面體積磨損率分別為0.056mm3/g和0.017mm3/g、0.082mm3/g和0.030mm3/g、0.112mm3/g和0.060mm3/g。它們的體積磨損率均隨沖蝕速度的增大而增大，且內(nèi)部切面的體積磨損率小于原始成型面。

高鋁澆注料預(yù)制件屬于脆性材料，具有脆性材料的力學(xué)特征，硬度大脆性高并且有相對較高的耐壓強(qiáng)度，在沖蝕過程中，也滿足典型脆性材料的沖蝕磨損行為。在沖蝕角度為30°的小角度時，材料沖蝕磨損的主要方式為切削、犁割作用，而在90°等高角度下，其沖蝕磨損機(jī)理主要是脆性斷裂引起的裂紋形成和擴(kuò)展。

而對于這種“骨料-基質(zhì)”型耐火材料，其被沖蝕表面往往被硬度不高、強(qiáng)度相對較小的基質(zhì)所富集。因此，小角度下的切削作用往往只能對基質(zhì)產(chǎn)生一定程度的沖刷，當(dāng)基質(zhì)的沖刷逐漸完成，甚至還沒有完成時，骨料開始逐漸裸露，但是切削作用對強(qiáng)度高、硬度大的骨料的破壞作用是非常有限的，大多時候是發(fā)生碰撞作用，且骨料的所占比例增大，成為抵抗沖蝕磨損的應(yīng)力集中區(qū)，由于骨料的阻擋，磨粒很難再更深一步的對材料進(jìn)行沖蝕破壞，因此在小角度沖蝕時，高鋁澆吉林耐火磚注料的體積沖蝕率不大。

也可以從能量角度進(jìn)行分析，小角度進(jìn)行沖蝕時，靶材的反向沖蝕應(yīng)力較小，轉(zhuǎn)化為材料體積損失的真實應(yīng)力也就較小，因此體積磨損率不大。隨著沖蝕角度的增大，脆性斷裂逐漸代替切削、犁割作用成為此時材料沖蝕磨損的主要原因。在高角度下高鋁澆注料預(yù)制件中的骨料部分成為抵抗沖蝕磨損的主要載體，隨著沖蝕時間的增加，骨料漸漸萌生裂紋，進(jìn)一步導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展，最后直奧美耐火磚至骨料大顆粒剝落，造成靶材較大的體積損失，沖電爐耐火磚浸水后跳閘蝕磨損率較大。根據(jù)典型的脆性材料沖蝕理論，最大沖蝕率出現(xiàn)在90°沖蝕角的時候。

對于高鋁澆注料預(yù)制件原始成型面，在4min沖蝕時間的條件下，磨粒沖蝕破壞的都是靶材表面包裹骨料的基質(zhì)和細(xì)粉，骨料只有初步裸露，形貌完好，基本沒有裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，雖然有些地方骨料已經(jīng)作為抵抗沖蝕的阻礙，但是基質(zhì)仍然是應(yīng)力集中的地方;通過對(b)(d)兩圖的觀察可以看出，對于髙鋁澆注料預(yù)制件的內(nèi)部切面，抵抗磨粒沖蝕磨損作用的基本都是大顆粒的骨料，基質(zhì)和細(xì)粉則填充在骨料與骨料的間隙從而得到保護(hù)，但是沖蝕時間較短，且沖蝕角度并不是最大的90°,所以裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展并不明顯，但是此階段的應(yīng)力基本都由強(qiáng)度更高、耐磨性更好的骨料承擔(dān)，因此材料體積沖蝕率并不大。

通過縱向?qū)Ρ?a)(c)可以看出，沖蝕角度為30°時，骨料只有少部分裸露，且形貌完整，無裂紋，材料原始成型面上基質(zhì)部分甚至沒有被沖蝕完全，主要損壞形式以切削為主，但是磨粒對骨料的切削作用并不明顯;直到?jīng)_蝕角度為60°時，骨料裸露程度進(jìn)一步增大，有少數(shù)部位的骨料已經(jīng)基本完全裸露，且裸露部分與基質(zhì)部分分部均勻，有些骨料呈現(xiàn)尖角形裸露來抵抗磨粒的沖蝕磨損，成為主要承擔(dān)沖蝕的地方，但整體來說，還是處于基質(zhì)包裹骨料的形貌結(jié)構(gòu)，沖蝕磨損機(jī)理仍以切削為主。

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