近年来,我国已有许多预热器窑(SP窑)和预分解窑(PC窑)投入运行。PC和SP窑,尤其是大型PC窑的烧成带、过渡带、冷却带、窑门罩,冷却机喉区和烧嘴的温度都比传统窑的相应区带的温度要高得多。由于较高的工作温度,较快的窑速,生料成分的变化和严重的碱蚀以及复杂的机械结构,大型PC窑的工作条件非常苛刻。
对PC和SP窑来说,复杂的结构和节能方面的要求也使得砖形和窑衬的设计变得复杂。
为了使设计简化和标准化,必须避免采用复杂的砖形。因此,应当使用一系列不定形耐火材料。为了适应水泥工业的发展,中国建材院耐火所对水泥窑,特别是对大型PC和SP窑用耐火材料进行了大量的研究开发工作,研制成功了一系列新型耐火材料,包括各种耐火砖和不定形耐火材料。它们已经成功地应用于各种类型的水泥窑上,并取代了传统的耐火材料。使用证明,在水泥窑的某些部位,特别是那些由于结构复杂或窑体变形而不适于采用耐火砖的部位,采用浇注料比采用砖更适宜。
例如,前窑口的衬料是大型PC窑最薄弱的位置之一。此外,衬料必须能承受热震和高温耐磨。如果窑口壳体没有变形,可以采用适宜的耐火砖,相反,如果窑口壳体已经变形就必须采用浇注料。由于大多数窑口壳体多少都有一些变形,因此在窑口部位浇注料要比砖应用得更普遍。为了避免采用特殊形态的砖,具有较好的耐碱性能的浇注料已被普遍用于后窑口。刚玉质浇注料则用于热力强度比较大的部位如烧嘴及前窑口等。
浇注料也适于应用在冷却机、预热器、分解炉、窑门罩和三次风管中的某些部位。适宜的隔热浇注料则可用于水泥窑的预热器及其它要求隔热的部位。
一、高铝和刚玉浇注料
水泥窑用高铝和刚玉质浇注料包括低水泥和超低水泥浇注料、高强度刚玉质浇注料等。浇注料中采用煅烧矾土和剐玉作为骨料。低水泥和超低水泥型高铝质浇注料可用于前、后窑口,链条带、窑门罩和冷却机侧墙等部位。由于GIJSA、GIJSB和H75具有较好的耐碱性能,适合应用于冷却机热端侧墙、大型窑的后窑口等部位。低水泥刚玉质浇注料则用作大型PC窑前窑口衬料及喷煤管保护层等。H85浇注料主要用作PC和SP窑前窑口衬料。
高强度刚玉浇注料(GJ180)是的一种特殊类型浇注料。该浇注料中掺入活性Al2O3或CA6,形成二次CA和CA2以补偿中温下的收缩而避免中温强度下降。实验表明,活性Al2O3或CA6的加入会改善其孔隙结构,减少烧后线收缩,有时甚至导致烧后线膨胀。这种浇注料用于大型PC窑前窑口也取得了很好效果。
二、隔热浇注料
研究院开发的水泥窑用隔热浇注料包括普通型隔热浇注料、高强型隔热浇注料、普通和低水泥型耐碱隔热浇注料。通常浇注料中采用高铝水泥作为结合剂。普通型隔热浇注料采用膨胀珍珠岩、膨胀蛙石和废轻质砖等作为骨料。高强型隔热浇注料采用耐火粘土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒等作为骨料。耐碱隔热浇注料则采用耐碱轻质骨料。普通型隔热浇注料及其预制砌块可在冷却机、预热器、分解炉、窑门罩和三次风管等部位的双层结构衬里中作隔热衬;高强型隔热浇注料及其预制砌块可在传统窑的预热带和分解带作单层衬里。
普通型和低水泥型耐碱隔热浇注料可应用于中小型窑中的预热器以及其他一些要求耐碱隔热的部位。
三、不锈钢纤纲增强耐火浇注料
加入不锈纲纤维可提高浇注料的抗拆强度,并大幅度改善浇注料的抗热震性能、抗冲击性能和耐磨性能。从70年代末期开始,研究院就对钢纤维增强耐火浇注料进行了大量系统的研究工作,研制出了一系列钢纤维增强耐少浇注料。由此可以推测,经1100℃烧后纤维一基体界面粘结强度将会下降,这可能是由于基体中水化物脱水以及因不锈钢纤维与基体的热膨胀系数不一致而导致形成微裂纹之故。例如,经冷热循环10次后,刚玉质素浇注料抗折强度损失了40%~60%,而加入1%钢纤维的刚玉质钢纤维增强浇注料的抗拆强度仅仅损失10%~30%。并且经冷热循环后的抗折强度也不再符合上述关系式。这也说明经冷热循环后不能再将纤维一基体界面粘结强度值看成为常数,它有可能对纤维尺寸、掺量和基体配合比很敏感,而且由于热膨胀系数不一致,加入钢纤维也可能会影响钢纤维增强耐火浇注料中的基体的烧后抗折强度。加入不锈钮纤维能使抗热震性能大幅度提高的主要原因,可能是钢纤维起了抑制裂纹的作用,阻止裂纹扩展。还有可能是由于纤维和基体之间热膨胀系数不一致而形成的微裂纹消散了因热应力而引起的较大裂纹扩展的能量。加入不锈钢纤维不能提高浇注料在较高温度下的热态抗折强度,这主要是因为不锈钢纤维的强度随温度升高而急剧下降。当温度高于90℃时,304号不锈钢纤维在被拨出前就已被折断。加入不锈钢纤维可使热膨胀增加,烧后线收缩减少,有时甚至出现烧后线膨胀。不锈钢纤维增强耐火浇注料已经成功地应用于水泥回转窑中的某些部位,特别是PC窑,SP窑和湿法窑的前窑口,以及湿法窑的多筒冷却机弯头和链条带等。应用结果表明,窑衬寿命大大增加。
现在,我国PC窑浇注料的用量已占耐火材料总用量的25%~35%。但是,在水泥窑用不定形耐火材料领域仍有一些问题,例
如:
(l)浇注料的养护时间较长,拖长检修时间;
(2)虽然低水泥浇注料具有较高的冷态强度,但其高温下的热态强度随温度升高而急剧下降;
(3)双层衬里结构施工麻烦,而且两层之间形成薄弱层,为了满足大型PC、SP窑单层衬里的要求,耐碱浇注料的强度有待
提高,而其导热系数则有待进一步降低;
(4)为了延长窑衬的寿命,应研究开发水泥窑用修补料;
(5)为了简化施工和缩短检修时间,有必要将石化等行业窑炉常用的喷射施工方法应用于水泥窑施工中。
