1 引言

高鋁致密耐火澆注料是現(xiàn)代水泥行業(yè)應(yīng)用最廣泛的不定形耐火材料產(chǎn)品之一，常用于水泥窯窯口、窯頭罩、篦冷機(jī)熱段等部位，這些部位的澆注料在烘烤或點(diǎn)火階段容易發(fā)生爆裂。針對(duì)此問(wèn)題，一方面需要提升現(xiàn)場(chǎng)施工和烘烤的質(zhì)量，另一方面需要提升澆注料的抗爆裂性能。本文研究了水泥加入量、防爆纖維材質(zhì)、防爆纖維長(zhǎng)度和直徑等因素對(duì)高鋁致密耐火澆注料抗爆裂性能的影響，以期為提升高鋁致密耐火澆注料抗爆裂性能提供一定參考。

2 試驗(yàn)

2.1 主要原料

試驗(yàn)所用澆注料為高鋁致密耐火澆注料，主要原料包括85回轉(zhuǎn)窯礬土熟料、α-Al2O3微粉、95硅灰、CA70水泥和三聚磷酸鈉等，主要原料化學(xué)組成列于表1。

試驗(yàn)選擇了不同材質(zhì)、不同長(zhǎng)度和不同直徑的防爆纖維，加入量均為0.1%。不同材質(zhì)防爆纖維主要性能指標(biāo)列于表2。

表1 主要原料的化學(xué)組成

%

表2 不同材質(zhì)防爆纖維主要性能指標(biāo)

2.2 試樣的制備及性能檢測(cè)

通過(guò)單因素試驗(yàn)方法對(duì)各因素進(jìn)行單獨(dú)研究，一種因素變化時(shí)，其它因素保持不變，按設(shè)計(jì)的配方組成配料，將配好的澆注料在攪拌機(jī)內(nèi)干混1 min，然后加入一定量的水濕混3 min，出料，澆注成Φ80 mm×80 mm的試樣，在模具中于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，脫模后將試樣放置于達(dá)到設(shè)定溫度的防爆試驗(yàn)爐中，保溫15 min后觀察試樣的爆裂情況，參照如下標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)試樣的抗爆裂溫度(表3)。

表3 抗爆裂溫度檢測(cè)方法

3 結(jié)果與討論

3.1 水泥加入量對(duì)高鋁致密澆注料抗爆裂性能的影響

從圖1可以看出:水泥加入量從3%增加至5%時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度沒(méi)有變化，均為600℃，繼續(xù)增加水泥加入量至7%和9%時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度從600℃提高至700℃和800℃，再繼續(xù)增加水泥量至11%時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度仍為800℃，抗爆裂溫度沒(méi)有繼續(xù)提高。相關(guān)研究[1]提到耐火澆注料在使用中發(fā)生爆裂的原因是在快速加熱過(guò)程中，試樣內(nèi)部在受熱面附近產(chǎn)生的應(yīng)力(主要為水蒸汽壓力)超出了試樣的極限強(qiáng)度，而在一定范圍內(nèi)提高水泥加入量能夠明顯提高澆注料的強(qiáng)度，進(jìn)而提升澆注料抵御水蒸汽壓力的能力，從而提升澆注料的抗爆裂性能。因此，適當(dāng)增加水泥加入量，能夠有效提升高鋁致密耐火澆注料的抗爆裂溫度。

圖1 不同水泥加入量對(duì)澆注料抗爆裂溫度的影響

3.2 纖維材質(zhì)對(duì)高鋁致密澆注料抗爆裂性能的影響

從圖2可以看出:使用聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯和聚酯纖維的高鋁致密耐火澆注料的抗爆裂溫度分別為900℃、600℃、600℃和800℃，從結(jié)果對(duì)比來(lái)看，聚乙烯醇的抗爆裂性能最好。試驗(yàn)選擇的聚乙烯醇(水溶性)具有較低的水溶溫度(80℃)，在試樣受熱時(shí)聚乙烯醇纖維能夠較早產(chǎn)生排氣通道，而越早排氣，水蒸汽產(chǎn)生的壓力對(duì)耐火澆注料的破壞也越小。因此，聚乙烯醇纖維適宜作為高鋁致密耐火澆注料的主防爆劑使用。

圖2 防爆纖維材質(zhì)對(duì)澆注料抗爆裂溫度的影響

3.3 纖維長(zhǎng)度和直徑對(duì)高鋁致密澆注料抗爆裂性能的影響

從圖3可以看出:防爆纖維的長(zhǎng)度從3 mm增加至4 mm、5 mm時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度沒(méi)有變化(均為600℃)，當(dāng)纖維長(zhǎng)度繼續(xù)增加到6 mm時(shí)，抗爆裂溫度有一定的增加，達(dá)到700℃。當(dāng)纖維直徑從6μm增加到30μm時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度有一定程度的增加，當(dāng)纖維直徑從30μm繼續(xù)增加至40μm、60μm和120μm時(shí)，澆注料試樣的抗爆裂溫度沒(méi)有變化(均為600℃)。相關(guān)研究[2,3]表明:防爆纖維太短難于在澆注料混合時(shí)充分分散，更難于在澆注料內(nèi)部構(gòu)成近似網(wǎng)絡(luò)的排氣通道，導(dǎo)致抗爆裂效果差，而較長(zhǎng)防爆纖維燃盡后留下的通道較長(zhǎng)，易于相互連接形成與外界貫通的通道，更有利于材料的透氣性，對(duì)提升抗爆裂性能有利，但在試驗(yàn)中注意到防爆纖維長(zhǎng)度增加會(huì)導(dǎo)致纖維的分散性和澆注料的流動(dòng)性變差。防爆纖維直徑過(guò)細(xì)會(huì)因阻力太大(毛細(xì)管現(xiàn)象引起)導(dǎo)致抗爆裂性能變差，而防爆纖維直徑過(guò)粗會(huì)導(dǎo)致纖維形成的透氣性通道數(shù)量減少，不足以形成有利的貫通網(wǎng)絡(luò)，對(duì)澆注料抗爆裂性能也不利。從以上試驗(yàn)結(jié)果得出:防爆纖維長(zhǎng)度在3～5 mm范圍內(nèi)變化，直徑在30～60μm范圍內(nèi)變化時(shí)，高鋁致密耐火澆注料的抗爆裂性能基本沒(méi)有變化。

圖3 防爆纖維長(zhǎng)度和直徑對(duì)澆注料抗爆裂溫度的影響

4 結(jié)論

(1)適當(dāng)提高水泥加入量對(duì)提升高鋁致密耐火澆注料的抗爆裂性能有一定作用。

(2)防爆纖維材質(zhì)對(duì)高鋁致密耐火澆注料抗爆裂性能有明顯影響，聚乙烯醇纖維對(duì)提升高鋁致密耐火澆注料抗爆裂性能有較好的效果。

(3)防爆纖維的長(zhǎng)度和直徑在一定范圍內(nèi)對(duì)高鋁致密耐火澆注料的抗爆裂性能影響較小。