耐火澆注料預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構以及均勻性，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)生與擴展的源泉。同時制造一批材料，制備工藝的不成熟會導致材料出現(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果甚至得出誤導性的結論。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制件耐磨性能的影響，以作參考。

(1)養(yǎng)護制度

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制件進行養(yǎng)護，因本實驗采用的為水泥結合澆注料，因此，如何提高水泥與骨料和細粉的結合強度至關重要，依次對養(yǎng)護時間和養(yǎng)護方式進行討論。澆注料預制件的硬化與周圍濕度有密切關系，本實驗制備與養(yǎng)護過程均在實驗室條件下進行，并不一定符合現(xiàn)場施工條件。所有脫模試樣都會在110℃下進行烘干24h處理。

得出幾點結論：

(1)耐火磚隨著輕質(zhì)粘土耐火磚標準養(yǎng)護時間的增加，體積磨損率隨之減小，說明較長時間的養(yǎng)護對于澆注料預制件的耐磨性能有較好的效果，但在不脫模養(yǎng)護兩天基本達到要求，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)護明顯優(yōu)于脫模養(yǎng)護，不脫模養(yǎng)護得到的澆注料耐磨性能基本較好。

養(yǎng)護是指澆注料預制件脫水的過程，添加水的量也和養(yǎng)護時間有關，在脫模養(yǎng)護時，預制件與周圍空氣接觸范圍較廣，養(yǎng)護過程中水分散發(fā)較快，不利于水泥產(chǎn)生更高的強度。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護的過程中不同澆注料預制件的質(zhì)量會發(fā)生不同程度的變化，例如在空氣中養(yǎng)護質(zhì)量一般較小。預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)護過程中盡量保持澆注料預制件中的水分，可以在表面適當?shù)臐菜?/p>

(2)加水量

耐火磚生產(chǎn)設備

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，加水量過少會導致流動性差澆筑困難，過多也會影響成型后澆注料的強度，需要加入合適的量。在實驗室的環(huán)境進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系。可以發(fā)現(xiàn)，加水量在7.5%左右澆注料預制件為最佳狀態(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的條件下進行。

在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，原料的差異對澆注料預制件影響較大，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。

高鋁澆注料預制件原始成型、內(nèi)部切面分別在30°、45°、60°的沖蝕角度下進行試驗后的體積沖蝕率測試結果。在30°、45°、60°沖蝕角度時，髙鋁澆注料預制件原始成型面、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。

高鋁澆注料預制件屬于脆性材料，具有脆性材料的力學特征，硬度大脆性高并且有相對較高的耐壓強度，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，其沖蝕磨損機理主要是脆性斷裂引起的裂紋形成和擴展。

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行分析，小角度進行沖蝕時，靶材的反向沖蝕應力較小，轉化為材料體積損失的真實應力也就較小，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，進一步導致裂紋的擴展，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)和細粉則填充在骨料與骨料的間隙從而得到保護，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)生和擴展并不明顯，但是此階段的應力基本都由強度更高、耐磨性更好的骨料承擔，因此材料體積沖蝕率并不大。

通過縱向對比(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)包裹骨料的形貌結構，沖蝕磨損機理仍以切削為主。

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