由于Al2O3-MgO浇注料的一些重要性能可能受到微裂纹愈合（这是由尖晶石形成时产生过多残余膨胀造成的）的影响，加入预合成尖晶石是控制微裂纹的较好途径。然而，钢包在使用时，耐火衬受到苛刻的热震循环和不断地化学侵蚀，如果使用预合成尖晶石，很容易造成浇注料的使用寿命降低。除此之外，预制件产品要求设计一定的膨胀以阻止渣和钢水渗透内衬的接缝处。因此，浇注料仅含有预合成尖晶石是不能满足所有要求的。而且，Al2O3-MgO和Al2O3-尖晶石浇注料一般都是用铝酸钙水泥（CAC）结合，将CAC加入到尖晶石试样中在1 400 ℃形成针状六铝酸钙（CaO•6Al2O3，CA6），这一反应和原位尖晶石形成相似，伴随有残余体积膨胀（约3.01％）。为此，巴西的研究人员开发出含预合成和原位尖晶石的水泥结合高铝浇注料，并通过辅助烧结法、显微结构分析、热分析计算和力学以及热力学性能评价进行研究。
    试验原料：板状刚玉（≤6 mm）、死烧镁砂（w（MgO）＝95％，CaO/SiO2＝0.36）、铝酸钙水泥（Secar71）、硅微粉（971U）、煅烧氧化铝（CL370）以及预合成尖晶石（AR78，w（Al2O3）＝78％；d≤0.5 mm，d≤45μm和d≤20μm）。根据粒度分布系数q＝0.26的Alfred堆积模型设计振动浇注料组成。浇注料组成如表1所示。其中1＃试样为Al2O3-尖晶石浇注料；4＃试样为Al2O3-MgO浇注料；2＃、3＃试样是通过改变MgO/合成尖晶石比(2％死烧镁砂/14％AR78尖晶石或4％死烧镁砂/7％AR78尖晶石)制成的介于Al2O3-MgO和Al2O3-尖晶石浇注料之间的试样，目标是使四种试样最终含有21％尖晶石。
表1  试验用浇注料的组成（w）/%
原料 1＃ 2＃ 3＃ 4＃
板状刚玉（≤6 mm） 62 62 62 62
板状刚玉（≤0.2 mm） 10 12.7 15.3 18
活性氧化铝 - 2.3 4.7 7
死烧镁砂（d≤45μm） - 2 4 6
预合成尖晶石
（d≤0.5 mm） 21 14 7 -
CAC 6 6 6 6
硅微粉 1 1 1 1
    将配好的浇注料在流变仪中混合5 min，然后加水（4.0％～4.2％）混合均匀后，浇注成型，在养护室中经50 ℃ 24 h养护后，经110 ℃ 24 h干燥，600 ℃预烧（18 ℃•min-1）。为了分析浇注料的膨胀行为，所有试样（Φ50 mm×50 mm，内孔径为12.4 mm）在荷重软化温度测试仪中0.02 MPa荷载下，以3 ℃•min-1加热到1 500 ℃，保温5 h热处理，同时测量线变化。使用扫描电子显微镜分析经1 500 ℃ 5 h烧后试样的显微结构，X射线衍射仪定量分析经1 150、1 300以及1 500 ℃ 5 h烧后试样的相组成。常温和高温抗折强度使用三点弯曲法测量，试样尺寸为150 mm×25 mm×25 mm。常温抗折强度和高温抗折强度测试前，试样分别在1 150、1 300、1 500 ℃热处理5 h。高温抗折强度在1 150、1 250、1 450 ℃进行测试。抗热震试验共加热冷却10次（ΔT＝1 000 ℃）。经1 500 ℃烧后的试样在炉内保温15 min，接着在空气中室温下冷却15 min为一次热循环。每2次循环后，使用超声波法研究浇注料的室温弹性模量减小量。
    试验结果：（1）减小MgO含量，由于原位尖晶石形成量减少以及烧结收缩作用较大，使得整体线膨胀降低。（2）利用XRD对经1 150、1 300以及1 500 ℃烧后试样的物相组成分析发现，尽管尖晶石类型不同，但1 500 ℃烧后，所有试样中形成的CA6总量几乎相同。（3）对1 500 ℃烧后试样的SEM观察发现，由于富铝原位尖晶石的形成，六铝酸钙晶体在整个浇注料显微结构中的分布受MgO添加量的影响。在含4％和6％MgO的浇注料中，形成的富铝尖晶石量较高，造成氧化铝细粉不足，然而在板状氧化铝骨料边界处形成较多的CA6。对于含有0和2％的MgO浇注料，没有或很少有原位尖晶石形成，CA6易于在基质中形成。（4）当原位/预合成尖晶石比减小时，CA6导致1 400 ℃时试样的整体膨胀较大，1 300 ℃左右时的烧结收缩较大。这种均衡的膨胀行为表明，同时使用预合成和原位尖晶石是可获得合适的线膨胀而不影响尖晶石和CA6含量的一种有意义方法。（5）对于试样力学性能，浇注料的常温抗折强度和1 150 ℃的高温抗折强度一般随着MgO含量的增加而增加，主要是由于尖晶石开始形成。然而，在最高烧成温度（1 500 ℃）时，由于出现液相，不能研究尖晶石和CA6对力学强度的作用。根据热力学预测，1 500℃所有组成的液相含量很高，可能已经影响浇注料的高温性能，使得室温强度较高。（6）和力学强度相似，热震分析也受到其他相（如钙黄长石、钙长石和/或玻璃相）的影响。
（编译自《Ceramics International》2010，№7）