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。針對此問題，一方面需要提升現(xiàn)場施工和烘烤的質(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)、防爆纖維長度和直徑等因素對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

通過單因素試驗(yàn)方法對各因素進(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)檢測試樣的抗爆裂溫度(表3)。

表3 抗爆裂溫度檢測方法

3 結(jié)果與討論

3.1 水泥加入量對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 不同水泥加入量對澆注料抗爆裂溫度的影響

3.2 纖維材質(zhì)對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)果對比來看，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)對澆注料抗爆裂溫度的影響

3.3 纖維長度和直徑對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有變化(均為600℃)，當(dāng)纖維長度繼續(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，而較長防爆纖維燃盡后留下的通道較長，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，對提升抗爆裂性能有利，但在試驗(yàn)中注意到防爆纖維長度增加會導(dǎo)致纖維的分散性和澆注料的流動性變差。防爆纖維直徑過細(xì)會因阻力太大(毛細(xì)管現(xiàn)象引起)導(dǎo)致抗爆裂性能變差，而防爆纖維直徑過粗會導(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有變化。

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