回轉(zhuǎn)窯窯口澆注料養(yǎng)護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，加快其擴散，同時，考慮到配料時有機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)護時間，以保證材料使用的最佳效果。
結(jié)論
1)合適的有機纖維作為防爆劑，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)護和烘烤非常重要。
