炭素焙燒爐是將炭素材料在隔絕空氣的條件下，按照規(guī)定的焙燒溫度進(jìn)行間接加熱,，以提高炭素制品的機(jī)械強(qiáng)度,、導(dǎo)電性和高溫性能。目前,，我國(guó)用于焙燒工序的窯爐有很多種，窯爐爐體一般形狀復(fù)雜,，火道溫度高達(dá)1350 ℃,且大多采用硅磚,、粘土磚、高鋁磚等制品來(lái)砌筑,。這樣砌筑的爐子有兩個(gè)缺點(diǎn),；一是存在磚縫，難以滿足對(duì)爐子整體性好的要求,；二是設(shè)計(jì)磚型多為異型磚,，磚體大(最重達(dá)500 kg)，難以機(jī)壓成型,。采用澆注的方法制成預(yù)制件來(lái)砌筑爐子可以克服以上缺點(diǎn),。
根據(jù)炭素焙燒爐的具體使用條件，采用Al2O3 - SiO2系低水泥澆注料技術(shù) ,通過(guò)對(duì)澆注料的強(qiáng)度,、熱震穩(wěn)定性和1350 ℃ 3 h燒后永久線變化率等性能進(jìn)行詳細(xì)研究,，研制開(kāi)發(fā)出體積穩(wěn)定性好的炭素焙燒爐爐底用大型預(yù)制件。
利用低水泥澆注料技術(shù),，采用粒徑 ≤0. 074 mm的一級(jí)礬土和粒徑< 8 mm的二級(jí)礬土為主要原料,，水泥和二氧化硅微粉作為結(jié)合系統(tǒng)，并引入適量外加劑制備了Al2O3 - SiO2 系澆注料試樣,。通過(guò)對(duì)系列試驗(yàn)配方進(jìn)行優(yōu)選 ,確定滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的生產(chǎn)配方 ,依照該配方生產(chǎn)出炭素焙燒爐用大型預(yù)制件,。檢測(cè)結(jié)果表明：生產(chǎn)的預(yù)制件的強(qiáng)度、抗熱震性和 1350 ℃ 3 h燒后的永久線變化率等性能都滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,。顯微結(jié)構(gòu)分析表明 ,預(yù)制件 1350 ℃ 3 h燒后的基質(zhì)中有大量莫來(lái)石晶相 ,另有少量石英和玻璃相,。
結(jié)合系統(tǒng)對(duì)澆注料體積密度和強(qiáng)度的影響把二氧化硅微粉、高鋁水泥,、純鋁酸鈣水泥三者共同稱為澆注料的結(jié)合系統(tǒng),。利用高鋁水泥作結(jié)合劑的A l2O3 - SiO2系澆注料常溫結(jié)合強(qiáng)度尚可，但是，由于高鋁水泥帶入的 CaO與AL2O3,、SiO2反應(yīng)生成低熔點(diǎn)長(zhǎng)石類物質(zhì),。如果高鋁水泥加入量過(guò)多，會(huì)嚴(yán)重降低澆注料的耐火度,，從而影響澆注料的高溫使用性能,。如果引入了10%的高鋁水泥，使基質(zhì)中 CaO含量過(guò)高 , 1350 ℃燒后基質(zhì)中存在大量玻璃相,導(dǎo)致試樣變形嚴(yán)重,，不能滿足使用要求,。作為結(jié)合體系的水泥和二氧化硅微粉對(duì)澆注料的強(qiáng)度起著決定作用。純鋁酸鈣水泥作為澆注料的結(jié)合劑時(shí),，澆注料強(qiáng)度明顯高于加入高鋁水泥的,，而且加入量大大降低。另外,，隨著水泥加入量的增加,，澆注料中隨水泥引入的CaO含量增加,，在高溫下,，澆注料易生成長(zhǎng)石類低熔物 ,導(dǎo)致材料耐火度下降,。因此，為了降低結(jié)合體系對(duì)材料高溫性能的影響,，應(yīng)降低水泥加入量,。選擇純鋁酸鈣水泥和二氧化硅微粉作為結(jié)合體系是可行的。
低水泥澆注料強(qiáng)度較高 ,組織結(jié)構(gòu)致密,，不利于改善材料熱震穩(wěn)定性,。1350 ℃燒后試樣顯示燒后生成的莫來(lái)石相比較多，玻璃相較少,。由于莫來(lái)石生成過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹,，可以彌補(bǔ)燒結(jié)過(guò)程中澆注料的收縮，因此,，配方中加入適量的膨脹劑,，可以與礬土中的氧化鋁反應(yīng)來(lái)調(diào)整澆注料的燒后線變化率，保證材料使用時(shí)的微膨脹,。莫來(lái)石的量和材料中顆粒組成決定澆注料抗熱沖擊的能力,，莫來(lái)石晶相還具有良好的熱震穩(wěn)定性。使用二級(jí)礬土作為顆粒料 ,利用礬土中二氧化硅和氧化鋁的反應(yīng)可以產(chǎn)生兩個(gè)效應(yīng) :一是莫來(lái)石效應(yīng) ,由于生成了莫來(lái)石 ,提高了材料抗熱震性,；二是體積效應(yīng),，基于莫來(lái)石的生成，產(chǎn)生的體積膨脹彌補(bǔ)了燒結(jié)時(shí)的體積收縮 ,調(diào)節(jié)了澆注料的永久線變化率 ,保證材料使用時(shí)的微膨脹,。