回轉(zhuǎn)窯窯口澆注料養(yǎng)護(hù)后烘烤點火時由于升溫過快或操作不當(dāng)，澆注料襯體內(nèi)的游離水和結(jié)合水以及結(jié)晶水在短時間內(nèi)成為過熱水和過熱蒸汽，由于襯體致密、氣孔狹小及低水泥澆注料中的超微粉(主要為二氧化硅超微粉和氧化鋁超微粉)堵塞氣孔，使排氣通道不暢，熱量難以釋放，對襯體產(chǎn)生的壓強不斷增大，當(dāng)該壓強大于襯體結(jié)構(gòu)強度時就有可能發(fā)生爆裂。
目前，一般通過向澆注料添加金屬Al粉或有機(jī)纖維來產(chǎn)生或制造澆注料襯體排氣通道，二者可以單獨加入，亦可復(fù)合使用。經(jīng)過實踐，金屬Al粉與水反應(yīng)時可能會使襯體開裂或破壞襯體結(jié)構(gòu)，并受環(huán)境溫度的影響較大。本實驗重點研究了有機(jī)纖維的防爆裂作用，試驗采用的纖維為聚丙烯纖維。
試驗
試驗原料見表1和表2
表1 原料化學(xué)成分及物理性能
表2 有機(jī)纖維性能
澆注料配方
剛玉質(zhì)澆注料(以下簡稱CA料)的配比如下：
棕剛玉(≤8mm) 70%
棕剛玉(≤0.088mm) 15%
SiO2超微粉 4%
耐熱鋼纖維 3%
膨脹劑 3%
純鋁酸鈣水泥 5%
試驗過程及分析
1)CA料升溫試驗
將CA料加水?dāng)嚢瑁?0mm×40mm×160mm的模具中成型，自然養(yǎng)護(hù)24h脫模，分別測110℃×24h烘后、300℃×24h烘后、650℃×2h燒后、900℃×2h燒后、1100℃×24h燒后和1350℃×2h燒后的強度、體積密度和失重率，試驗結(jié)果見表3和圖1。
表3 不同烘燒溫度后澆注料的性能
不同烘燒溫度后澆注料的失重率也不同，室溫至110℃有大量水排出，澆注料失重2.48%，110~300℃排水排水量減少，此區(qū)間澆注料失重0.73%，而300~650℃排水量又有大幅增加，澆注料失重1.53%，650~900℃排水量已經(jīng)很少，澆注料失重1.53%，650~900℃排水量已經(jīng)很少，澆注料失重只有0.33%，而900℃以后澆注料已不再失重，反而開始增重。
根據(jù)澆注料的基質(zhì)組成，澆注料多晶和方式為水合結(jié)合+凝聚結(jié)合，參與結(jié)合的SiO2超微粉和純鋁酸鈣水泥發(fā)生反應(yīng)形成了類似沸石型的鈣鋁硅水化物，該種水化物在300℃以后才脫水。由此可以確定，該澆注料在升溫烘烤過程中主要有2個階段，即300℃前主要為自由水排出，300℃以后鈣鋁硅水化物，脫水釋放出結(jié)合水。至于900℃以后的增重應(yīng)該理解為材料內(nèi)碳化物和耐熱鋼纖維的氧化增重所致，表3中體積密度的變化也反映了這一規(guī)律。
從強度變化進(jìn)行分析，300℃以前雖然有大量自由水排出，但由于沒有破壞鈣鋁硅水化物的結(jié)構(gòu)，因此材料依然具有很高的強度，而300℃以后由于鈣鋁硅水化物脫水，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度下降，900℃后由于材料逐漸燒結(jié)，使得強度再次增加。
1)CA料外加有機(jī)纖維試驗
根據(jù)以上分析，在澆注料中加入的防爆纖維應(yīng)該具有較低的熔點，使得澆注料襯體在烘烤過程中盡早產(chǎn)生排氣通道，使得澆注料襯體在烘烤過程中盡早產(chǎn)生排氣通道，緩和水蒸氣壓力，加快其擴(kuò)散，同時，考慮到配料時有機(jī)纖維的不易分散性和對材料施工性能與使用性能的影響，有機(jī)纖維加入量不能大，纖維不易太長，即纖維總量盡可能小，數(shù)量盡可能多。在CA料中分別外摻0.5a、1.0a、1.5a、2.0a(a為本試驗中運用的特定數(shù)量單位)有機(jī)纖維，得到的澆注料編號分別為CA-1、CA-2、CA-3、CA-4。除了做表3同樣的烘烤試驗外，又根據(jù)CA澆注料的脫水過程分析，將養(yǎng)護(hù)脫模后的試樣(50mm×50mm×50mm)的直接放入已升溫到600℃的保溫電爐中，觀察材料的爆裂情況。試驗結(jié)果見表4~表6。
表4 不同烘烤溫度后防爆澆注料的抗折強度 MPa
表5 烘烤不同溫度后澆注料的體積密度 g/cm3
表6 爆裂試驗結(jié)果（600℃）
從表6可以看出，加入有機(jī)纖維后，均起到了防爆作用，由于試樣體積較小，可能并不能完全反映實際情況。從表4和表5可以看出，隨著有機(jī)纖維加入量的增加，澆注料用水量增加，強度和體積密度逐漸下降，這是因為一方面有機(jī)纖維加入后對澆注料的和易性、觸變性產(chǎn)生了不利影響;另一方面，隨著有機(jī)纖維的融化、消失以及水分的散失，從中溫以后，材料逐漸燒結(jié)致密以及氧化增重，強度和體積密度開始回升，然而，低、中溫強度的下降將可能導(dǎo)致材料投入使用后在早期未燒結(jié)階段迅速損毀。但是，當(dāng)有機(jī)纖維加入適量時(0.5a~1.0a之間)，對材料性能的影響不大。
應(yīng)用
將研制的防爆澆注料應(yīng)用于1000~2500t/d的不同窯型的窯口，窯口襯體厚度為200~300mm，獲得了滿意的效果，極大地縮短了烘烤時間。其中應(yīng)用于山西堯柏水泥廠2500t/d窯口的澆注料，襯體厚度為250mm，連續(xù)運轉(zhuǎn)6個月后厚度尚余220mm左右。從實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：襯體厚度增加時，必須適當(dāng)?shù)卦黾佑袡C(jī)纖維的加入量;在不影響材料使用的前提下留設(shè)適當(dāng)?shù)呐艢饪缀团蛎浛p以增加排氣通道將會獲得更好的效果;大型回轉(zhuǎn)窯窯口襯體很厚，升溫速度快，使用方包澆注料時仍需小心烘烤;即使采用防爆澆注料，烘烤前仍然要提供充足的養(yǎng)護(hù)時間，以保證材料使用的最佳效果。
結(jié)論
1)合適的有機(jī)纖維作為防爆劑，加入量在0.5a~1.0a之間時，可以使低水泥結(jié)合的澆注料獲得滿意的防爆性能;
2)要根據(jù)襯體厚度調(diào)整防爆纖維的加入量;
3)留設(shè)適當(dāng)?shù)呐艢饪缀团蛎浛p作為輔助的防爆措施將會獲得更好的效果；
4)精心養(yǎng)護(hù)和烘烤非常重要。
