高铝致密耐火浇注料抗爆裂性能的影响因素

1 引言

高铝致密耐火浇注料是现代水泥行业应用最广泛的不定形耐火材料产品之一，常用于水泥窑窑口、窑头罩、篦冷机热段等部位，这些部位的浇注料在烘烤或点火阶段容易发生爆裂。针对此问题，一方面需要提升现场施工和烘烤的质量，另一方面需要提升浇注料的抗爆裂性能。本文研究了水泥加入量、防爆纤维材质、防爆纤维长度和直径等因素对高铝致密耐火浇注料抗爆裂性能的影响，以期为提升高铝致密耐火浇注料抗爆裂性能提供一定参考。

2 试验

2.1 主要原料

试验所用浇注料为高铝致密耐火浇注料，主要原料包括85回转窑矾土熟料、α-Al2O3微粉、95硅灰、CA70水泥和三聚磷酸钠等，主要原料化学组成列于表1。

试验选择了不同材质、不同长度和不同直径的防爆纤维，加入量均为0.1%。不同材质防爆纤维主要性能指标列于表2。

表1 主要原料的化学组成

%

表2 不同材质防爆纤维主要性能指标

2.2 试样的制备及性能检测

通过单因素试验方法对各因素进行单独研究，一种因素变化时，其它因素保持不变，按设计的配方组成配料，将配好的浇注料在搅拌机内干混1 min，然后加入一定量的水湿混3 min，出料，浇注成Φ80 mm×80 mm的试样，在模具中于室温下养护24 h，脱模后将试样放置于达到设定温度的防爆试验炉中，保温15 min后观察试样的爆裂情况，参照如下标准检测试样的抗爆裂温度(表3)。

表3 抗爆裂温度检测方法

3 结果与讨论

3.1 水泥加入量对高铝致密浇注料抗爆裂性能的影响

从图1可以看出:水泥加入量从3%增加至5%时，浇注料试样的抗爆裂温度没有变化，均为600℃，继续增加水泥加入量至7%和9%时，浇注料试样的抗爆裂温度从600℃提高至700℃和800℃，再继续增加水泥量至11%时，浇注料试样的抗爆裂温度仍为800℃，抗爆裂温度没有继续提高。相关研究[1]提到耐火浇注料在使用中发生爆裂的原因是在快速加热过程中，试样内部在受热面附近产生的应力(主要为水蒸汽压力)超出了试样的极限强度，而在一定范围内提高水泥加入量能够明显提高浇注料的强度，进而提升浇注料抵御水蒸汽压力的能力，从而提升浇注料的抗爆裂性能。因此，适当增加水泥加入量，能够有效提升高铝致密耐火浇注料的抗爆裂温度。

图1 不同水泥加入量对浇注料抗爆裂温度的影响

3.2 纤维材质对高铝致密浇注料抗爆裂性能的影响

从图2可以看出:使用聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯和聚酯纤维的高铝致密耐火浇注料的抗爆裂温度分别为900℃、600℃、600℃和800℃，从结果对比来看，聚乙烯醇的抗爆裂性能最好。试验选择的聚乙烯醇(水溶性)具有较低的水溶温度(80℃)，在试样受热时聚乙烯醇纤维能够较早产生排气通道，而越早排气，水蒸汽产生的压力对耐火浇注料的破坏也越小。因此，聚乙烯醇纤维适宜作为高铝致密耐火浇注料的主防爆剂使用。

图2 防爆纤维材质对浇注料抗爆裂温度的影响

3.3 纤维长度和直径对高铝致密浇注料抗爆裂性能的影响

从图3可以看出:防爆纤维的长度从3 mm增加至4 mm、5 mm时，浇注料试样的抗爆裂温度没有变化(均为600℃)，当纤维长度继续增加到6 mm时，抗爆裂温度有一定的增加，达到700℃。当纤维直径从6μm增加到30μm时，浇注料试样的抗爆裂温度有一定程度的增加，当纤维直径从30μm继续增加至40μm、60μm和120μm时，浇注料试样的抗爆裂温度没有变化(均为600℃)。相关研究[2,3]表明:防爆纤维太短难于在浇注料混合时充分分散，更难于在浇注料内部构成近似网络的排气通道，导致抗爆裂效果差，而较长防爆纤维燃尽后留下的通道较长，易于相互连接形成与外界贯通的通道，更有利于材料的透气性，对提升抗爆裂性能有利，但在试验中注意到防爆纤维长度增加会导致纤维的分散性和浇注料的流动性变差。防爆纤维直径过细会因阻力太大(毛细管现象引起)导致抗爆裂性能变差，而防爆纤维直径过粗会导致纤维形成的透气性通道数量减少，不足以形成有利的贯通网络，对浇注料抗爆裂性能也不利。从以上试验结果得出:防爆纤维长度在3～5 mm范围内变化，直径在30～60μm范围内变化时，高铝致密耐火浇注料的抗爆裂性能基本没有变化。

图3 防爆纤维长度和直径对浇注料抗爆裂温度的影响

4 结论

(1)适当提高水泥加入量对提升高铝致密耐火浇注料的抗爆裂性能有一定作用。

(2)防爆纤维材质对高铝致密耐火浇注料抗爆裂性能有明显影响，聚乙烯醇纤维对提升高铝致密耐火浇注料抗爆裂性能有较好的效果。

(3)防爆纤维的长度和直径在一定范围内对高铝致密耐火浇注料的抗爆裂性能影响较小。