将氧化镁和氧化铝细颗粒加入到Al2O3-MgO浇注料中，可在整个基质中形成均匀分布的原位尖晶石，从而改善材料的抗侵蚀性。有研究发现，氧化镁和氧化铝粒度是整个原位尖晶石（MgAl2O4）膨胀的重要因素。巴西的研究人员全面分析了加入纳米粉和矿化剂对A2O3-MgO耐火浇注料性能的影响。
    纳米粉以d50=4 μm的氧化铝和d50=20 μm的氧化镁细粉作为原料，使用离心式高能球磨机制备而成。制备的纳米Al2O3（NA）或MgO（NM）粉粒度范围为20~90 nm。其他粒度的氧化铝和氧化镁：细氧化镁粉（粒度＜13 μm）、粗MgO（粒度＜100 μm）；细氧化铝粉（D50=1 μm）、铝溶胶（含有40%固体，D晶体=13 nm）。其他添加剂：纳米Al2O3-MgO粉（AM）、矿化剂（BCM和TiO2）。为了保持尖晶石的理论组成，保持氧化铝和氧化镁质量比为15︰6（摩尔比1︰1）。
    试验根据Alfred堆积模型（q=0.26）制备了振动浇注料。表1为本试验制备的试样组成。其基质包括：6%不同粒度的死烧镁砂（w（MgO）=95%，CaO/SiO2=0.37）、7%不同活性的氧化铝（CL370或A1000SG，纳米颗粒）、6%铝酸钙水泥（Secar71）、1%硅微粉（971U）。骨料使用80%的细（D＜0.2 mm）和粗（6 mm＜D＜0.2 mm）板状氧化铝。分散剂采用0.2%静电分散剂。
表1    试样的组成（w）/%
原料 参考样 M100 M13 NM A1 NA CA AM KB
板状氧化铝（＜6 mm） 80 80 80 80 80 80 80 77.3 80
死烧镁砂 ＜45 μm 6    6 6 6 4 6
 ＜100 μm - 6 - - - - - - -
 ＜100 μm - - 6 - - - - - -
 纳米级 - - - 6 - - - - -
活性
氧化铝 D50=4 μm 7 7 7 7 4 4 4 4.7 7
 D50=1μm - - - - 3 - - - -
纳米氧化铝粉 - - - - - 3 - - -
铝溶胶 - - - - - - 3  -
纳米AM粉 - - - - - - - 7 -
铝酸钙水泥 6 6 6 6 6 6 6 6 6
硅微粉 1 1 1 1 1 1 1 1 -
矿化剂（BCM或TiO2） - - - - - - - - 1
加水量 4.1 4.1 4.1 4.1 4.5 4.7 6.0 4.3 4.3
    浇注料试样的膨胀行为采用辅助烧结工艺进行研究。试验将圆柱试样（Φ50 mm×50 mm，中心有一个直径为12.4 mm的孔洞）经过加工处理之后（在潮湿的环境中50 ℃养护24，然后经110 ℃ 24 h干燥后在600 ℃煅烧5 h）使用荷重软化温度测试仪（荷载0.02 MPa和加热速率为3 ℃•min-1）进行分析，获得线膨胀与温度（~1 500 ℃）和时间（5 h）函数关系。使用扫描电镜研究1 300 ℃ 5 h烧后试样的显微结构，利用X射线衍射定量分析仪确定分别经1 150、1 300或1 500 ℃处理 5 h后试样的相组成。另外，将经1 500 ℃ 5 h烧后试样在空气气氛下进行杯式侵蚀试验，使用10%氧化铁和90%铝酸钙水泥渣的混合物作为侵蚀剂。抗蠕变性也使用荷重软化温度测试仪进行研究。将经1 550 ℃ 24 h预烧后的试样在1 450 ℃，恒定荷载0.2 MPa下进行24 h。
    研究结果：（1）相对参考样而言，氧化镁粒度减小，膨胀和尖晶石开始形成温度降低。减小氧化铝粒度也可降低膨胀。然而，通过比较氧化铝和氧化镁粒度作用发现，其有两点不同：一是含不同粒度氧化铝细粉的试样膨胀值稍高；另外，随着氧化铝活性的增加尖晶石开始膨胀温度升高，表明了活性氧化铝粉在尖晶石膨胀和烧结性之间具有平衡作用。（2）添加纳米AM粉使总膨胀率最低，但是不能使初始膨胀温度最低，这是由于MgO（MgO由于扩散较快，加快其开始膨胀温度）和Al2O3（由于烧结平衡了膨胀）之间存在竞争。（3）所有纳米粉（NM、CA或AM）都可提高试样的体积稳定性。而含硼矿化剂的试样表现出高膨胀（接近于参考样），但是尖晶石初始膨胀温度低（＜1 000 ℃，接近使用纳米MgO的试样），表明其具有加快反应的作用。为了弥补高膨胀，添加TiO2是合适的选择，其使得膨胀值接近含纳米粉的试样。降低由矿化剂BCM造成的高膨胀的另一方法是用较细的MgO粉（＜13 μm）代替含BCM试样中＜45 μm的 MgO粉，使其具有低膨胀率以及较快的尖晶石形成速率（和NM相似），而且，和纳米粉相比，其成本也很低。（4）试样的显微结构显示，含硼矿化剂的试样在低温时尖晶石形成较快（1 150 ℃ 5 h烧后，尖晶石形成量为22%，而参考样仅为9%）。另外，经1 300 ℃ 5 h烧后，含纳米粉的试样中没有检测到CA6相，而加入矿化剂的试样发现CA6相。含BCM矿化剂的试样经1 300 ℃烧后的尖晶石和CA6含量（分别为22%和16%）和参考样在1 500 ℃烧后的相似。因此，由于尖晶石相和CA6在较低温度形成，含硼的浇注料可获得较高的均匀度，也可获得更好的热机械和化学性能，因为尖晶石和CA6可提高浇注料的抗侵蚀性和抗热震性。
    研究了含有MgO＜45 μm 和1%硅微粉的试样（参考样）和含有1%BCM矿化剂试样的蠕变行为。含硼矿化剂具有较小的蠕变变形。另外，利用富铁钢包渣进行抗渣实验，发现含硼矿化剂的试样表现出低渣渗透以及高抗侵蚀性。
    综上所述，两种开发先进原位尖晶石浇注料的方法都很有前途。添加纳米粉，可提高体积稳定性以及加快尖晶石的形成。然而，这些材料仅影响尖晶石的形成，对CA6的形成没有影响，而且其成本较高。尽管含硼矿化剂产生较高的线膨胀，但是这一问题可以通过添加致密化合物（如TiO2）或更细的MgO粉（＜13 μm）进行解决。因而，廉价的方法也可产生像使用纳米粉一样的效果。另外，这一方法还有一个好处是加快CA6的形成，确保钢包在高温处理时，浇注料具有较高的均匀度。最后，其具有较高的抗蠕变性和合适的抗渣渗透性。
    因此，矿化剂法及恰当地选择矿化剂应该是生产具有较好使用性能的铝镁质浇注料最合适的方法。
（编译自《Refractories Worldforum》2010，№1）