高温高速气流、粉尘和固体物料对耐火材料的冲刷和磨损是造成某些工业窑炉内衬损坏的重要因素。例如，高炉上部和风口，水泥窑窑口、下料口，以及循环流化床锅炉旋风分离器、炉膛密相区等部位的材料由于承受长时间的高温冲刷，损毁十分严重。北京科技大学的研究人员已对耐火材料在常温下的耐磨性进行了一些研究，在此基础上，分析了国内外对耐火材料高温耐磨性的研究成果，开发出一种新型高温耐磨性实验装置，并利用该实验装置研究了五种氧化铝基定形耐火制品的高温耐磨性，探讨了耐火制品的高温耐磨性与实验温度、制品的组织结构和高温抗折强度之间的关系。
    本试验采用了五种氧化铝基定形耐火制品，其中包括普通高铝砖、塑性相结合刚玉砖、锆铬刚玉砖、高纯刚玉砖和赛隆结合刚玉砖，其理化性能见表1。
表1  氧化铝基浇注料的理化性能
编号 产品
名称 w（Al2O3）
/% 显气孔率
/% 体积密度/
(g•cm-3) 常温耐压强度
/MPa
A 普通高铝砖 77.9 21.9 2.59 95
B 塑性相结合刚玉砖 79.9 14.1 3.09 130
C 锆铬刚玉砖 87.4 17.8 3.22 110
D 高纯刚玉砖 98.5 19.1 3.18 100
E 赛隆结合刚玉砖 87.3 13.2 3.22 170
    高温耐磨性实验装置是新研制的，其原理是采用高压空气携带一定质量的标准磨料喷吹试样，以试样的磨损体积来表示耐磨性。切割成100 mm×100 mm×(20～30) mm的样块，磨损量以试样磨损掉的体积计，具体方法按GB/T 18301进行。高温抗折强度采用GB/T 3002进行，试样尺寸为25 mm×25 mm×150 mm。升温制度:室温至1 000 ℃，升温速率8～10 ℃•min-1; 1000 ℃至试验温度，升温速率4～5 ℃•min-1。在实验温度下保温30 min。以0.15 MPa•s-1的加荷速率对试样施加弯曲应力，直至试样破坏。弹性模量采用国内研制生产的高温弯曲应力-应变仪进行测试。试样的尺寸为25 mm×25 mm×125 mm。材料的显微结构采用扫描电镜(SEM)进行观察，设备型号为PHILIPS XL30。显微结构试样从高温冲蚀后的试块中心切取，再经研磨、喷金处理。
    试验结果显示：(1)氧化铝基耐火材料的磨损体积随温度的升高可以分为两种类型。氮氧化物复合结合的赛隆结合刚玉砖在整个试验温度范围内磨损体积逐渐减小。氧化物结合的普通高铝砖、塑性相结合刚玉砖、锆铬刚玉砖和高纯刚玉砖的磨损体积随温度的变化趋势分成两个阶段:当材料处于弹性变形阶段时，随试验温度的升高，磨损体积变化不大;继续升高温度，当材料达到塑性变形阶段时，磨损体积大幅度降低。弹塑性变化的温度与材料中基质组成和杂质含量有关，普通高铝砖、塑性相结合刚玉砖和锆铬刚玉砖的磨损体积开始明显下降的温度为800 ℃，而高纯刚玉砖为1 000 ℃。(2)在高温状态下，影响氧化铝基耐火材料高温耐磨性的因素有矿物相组成、烧结状态和低熔点基质相的性质等。在较低温度时，具有高硬度的矿物相以及骨料和基质结合致密的材料更耐磨。当试验温度大于1 000 ℃时，材料中产生的低熔点液相对耐磨性的影响更显著，缓冲了磨损介质的冲击应力，提高了材料的耐磨性。当温度升高到1 200 ℃，除高纯刚玉砖外，其他四种材料的磨损体积很小，并趋于一致。(3)在材料处于弹性变形阶段时，对于单一矿物相组成的高纯刚玉砖来说，随着试验温度的升高，其抗折强度逐渐降低，磨损体积逐渐增加，其他多矿物相材料的磨损体积与抗折强度的关系与之相反;在材料处于塑性变形阶段时，材料的磨损体积与抗折强度均显著降低。对于在整个试验温度范围内没有发生弹塑性变化的赛隆结合刚玉砖，其抗折强度随着温度的升高而逐渐增加，磨损体积逐渐减小，耐磨性增强。
（摘编自《北京科技大学学报》2010，№8）