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雜，火道溫度高達1350 ℃,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；二是設計磚型多為異型磚，磚體大(最重達500 kg)，難以機壓成型。采用澆注的方法制成預制件來砌筑爐子可以克服以上缺點。

根據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 ,通過對澆注料的強度、熱震穩(wěn)定性和1350 ℃ 3 h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制件。

利用低水泥澆注料技術，采用粒徑 ≤0. 074 mm的一級礬土和粒徑< 8 mm的二級礬土為主要原料，水泥和二氧化硅微粉作為結合系統(tǒng)，并引入適量外加劑制備了Al2O3 - SiO2 系澆注料試樣。通過對系列試驗配方進行優(yōu)選 ,確定滿足設計指標要求的生產配方 ,依照該配方生產出炭素焙燒爐用大型預制件。檢測結果表明：生產的預制件的強度、抗熱震性和 1350 ℃ 3 h燒后的永久線變化率等性能都滿足設計指標要求。顯微結構分析表明 ,預制件 1350 ℃ 3 h燒后的基質中有大量莫來石晶相 ,另有少量石英和玻璃相。

結合系統(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合系統(tǒng)。利用高鋁水泥作結合劑的A l2O3 - SiO2系澆注料常溫結合強度尚可，但是，由于高鋁水泥帶入的 CaO與AL2O3、SiO2反應生成低熔點長石類物質。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，使基質中 CaO含量過高 , 1350 ℃燒后基質中存在大量玻璃相,導致試樣變形嚴重，不能滿足使用要求。作為結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。純鋁酸鈣水泥作為澆注料的結合劑時，澆注料強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，澆注料易生成長石類低熔物 ,導致材料耐火度下降。因此，為了降低結合體系對材料高溫性能的影響，應降低水泥加入量。選擇純鋁酸鈣水泥和二氧化硅微粉作為結合體系是可行的。

低水泥澆注料強度較高 ,組織結構致密，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石相比較多，玻璃相較少。由于莫來石生成過程中產生體積膨脹，可以彌補燒結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來調整澆注料的燒后線變化率，保證材料使用時的微膨脹。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可以產生兩個效應 :一是莫來石效應 ,由于生成了莫來石 ,提高了材料抗熱震性；二是體積效應，基于莫來石的生成，產生的體積膨脹彌補了燒結時的體積收縮 ,調節(jié)了澆注料的永久線變化率 ,保證材料使用時的微膨脹。