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炭素焙燒爐是將炭素材料在隔絕空氣的條件下，按照規(guī)定的焙燒溫度進行間接加熱 ，以提高炭素制品的機械強度、導(dǎo)電性和高溫性能。目前，我國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1350攝氏度，且大多采用硅磚、粘土磚、高鋁磚等制品來砌筑。這樣砌筑的爐子有兩個缺點：一是存在磚縫，難以滿足對爐子整體性好的要求；二是設(shè)計磚型多為異型磚，磚體大，難以機壓成型。采用澆注的方法制成預(yù)制件來砌筑爐子可以克服以上缺點。
根據(jù)炭素焙燒爐的具體使用條件，采用AL203-SI02系低水泥澆注料技術(shù)，通過對澆注料的強度，熱震穩(wěn)定性和1350攝氏度3H燒后永久線變化率等性能進行詳細研究，研制開發(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)，采用粒徑小于0.074mm的一級礬土和粒徑小于8mm的二級礬土為主要原料，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AL203-SI系澆注料試樣。通過對系列試驗配方進行優(yōu)選，確定滿足設(shè)計指標要求的生產(chǎn)配方，依照該配方生產(chǎn)出炭素焙燒爐用大型預(yù)制件。檢測結(jié)果表明，生產(chǎn)的預(yù)制件的強度，抗熱震性和1350攝氏度3H燒后的永久線變化率等性能都滿足設(shè)計指標要求。顯微結(jié)構(gòu)分析表明，預(yù)制件1350攝氏度3H燒后的基質(zhì)中有大量莫來石晶相，另有少量石英和玻璃相。
結(jié)合系統(tǒng)對澆注料體積密度和強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AL203-SI02系澆注料常溫結(jié)合強度尚可，但是，由于高鋁水泥帶入的CAO與AL203、SI02反應(yīng)生成低熔點長石類物質(zhì)。如果高鋁水泥加入量過多，會嚴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含量過高，1350攝氏度燒后基質(zhì)中存在大量玻璃相，導(dǎo)致試樣變形嚴重，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澆注料的強度起著決定作用。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攝氏度燒后試樣顯示燒后生成的莫來石相比較多，玻璃相對少。由于莫來石生成過程中產(chǎn)生體積膨脹，可以彌補燒結(jié)過程中澆注料的收縮，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)來調(diào)整澆注料的燒后線變化率，保證材料使用的微膨脹。莫來石的量和材料中顆粒組成決定澆注料抗熱沖擊的能力，莫來石晶相還具有良好的熱震穩(wěn)定性。使用二級礬土作為顆粒料，利用礬土中二氧化硅和 氧化鋁的反應(yīng)可以產(chǎn)生兩個效應(yīng)：一是莫來石效應(yīng)，由于生成莫來石，提高了材料抗熱震性；二是體積效應(yīng)，基于莫來石的生成，產(chǎn)生的體積膨脹彌補了燒結(jié)時的體積收縮，調(diào)節(jié)了澆注料的永久線變化率，保證材料使用時的微膨脹。
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