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耐火材料行业知识

水泥回转窑用定型、不定形耐火材料的发展状况分析

1.1 无铬碱性砖技术的发展
基于环境保护的考虑,为了创造无铬绿色耐火材料,经国内多加厂家的积极探索与研究,使无铬化水泥窑耐火材料的发展进程得到了有效推进,并且已有部分产品在实际应用中取得了良好的效果。
① 镁铁铝尖晶石砖(MgO-FeO ·Al2O3)
镁铁铝尖晶石砖不仅抗热震性与挂窑皮性表现良好,而且价格相对低廉,热膨胀与热导率较低,不会造成壳体因过热而发生变形,进而导致能量损失,因此在现代窑内气氛稳定的水泥回转窑烧成带中得到了广泛应用。此外,镁铁铝尖晶石砖还应结构柔韧性表现优异而使材料使用寿命得到了有效延长,其可与水泥熟料反应生成 CaO-Al?O?-Fe?O?系化合物,同时 Fe?O?成分的扩散又使反应部位得到了进一步扩大,促使窑皮稳定性表现更好。与此同时,砖的结合组织因 Fe?O?的作用而趋于发达,进而使其挂窑皮附着性与抗剥落性得到显著提升。但是不足之处在于,镁铁铝尖晶石砖抗氧化还原性、抗侵蚀性与耐高温性表现较差,这在一定程度上制约了它的应用与发展。
② 镁钙锆砖(MgO-CaO-ZrO?)
所谓镁钙锆砖,既是在原有配料中加入一定剂量的预合成锆酸钙所形成的镁钙锆砖制品,其不仅抗热震性与挂窑皮性表现良好,而且高温强度较大,能够抵抗硅酸盐水泥的侵蚀作用,很好的解决了镁钙砖易水化的缺点。在1500℃环境下,锆酸一钙(CaO · ZrO?)作为一种非活性化合物存在于界面之上,其并不会与尖晶石发生化学反应,而是对耐火材料遭受水泥熟料中各化学成分的渗透起到阻碍作用,从而使镁钙锆砖的耐化学侵蚀性得到提升;在 1200℃环境下,氧化锆(ZrO?)与水泥熟料中的化合物极易发生反应生成熔点较高的锆酸一钙(CaO·ZrO?)、镁硅钙石(Ca?MgSi?O?)与硅钙石(CaO·ZrO?、CaSi?O?),故而使镁钙锆砖抗侵蚀性与挂窑皮性表现优良,同时还可有效抵抗窑内气氛变化,目前在新型干法水泥窑烧成带中应用效果良好,极具推广前景。
1.2 硅莫砖技术的发展
作为一种烧成转,硅莫砖主要矿物组成为碳化硅(SiC)与莫来石(3Al2O3, 2SiO2),其是基于传统高铝砖技术的应用通过浸渗碳化硅技术改进而成,故此相比于高铝砖不仅强度较高,而且还具有碳化硅的耐磨耐腐蚀性能与莫来石的抗高温性能。在砖制品中加入碳化硅可形成保护膜于其表面,以此使制品耐碱性能得到提升的同时对碳化硅的进一步氧化实现有效阻止 ;在高温环境下,碳化硅可与高铝矾土熟料发生反应生成莫来石,以此可使制品强度与密度得到提升,进而在抗侵蚀性、耐磨性与热震稳定性方面对制品形成有效改善。在水泥回转窑的过渡带与分解带方面,传统配置的抗剥落高铝砖及磷酸盐结合高铝砖被硅莫砖代替后取得良好的应用效果。
基于硅莫砖使用性能的提升,科研人员在加入蓝晶石、硅线石与红柱石之后,通过其高温膨胀性的利用,使制品高温强度、抗蠕变性与抗热震稳定性得到了明显提升。添加红柱石于硅莫砖后所制成的硅莫红砖抗热震稳定性与耐磨性表现更加优越,且在水泥窑中取得了良好的应用效果。
不定形耐火材料技术发展
2.1 耐火浇注料技术的发展现状
基于传统高铝高强浇注料的应用与发展,窑口浇注料在配方体系上变化极大,其为一种以添加高效减水剂与超微粉为主要特征的高性能低水泥浇注料。在传统高铝质浇注料配方的基础上,通过逐渐演变形成刚玉 - 碳化硅浇注料、红柱石基低膨胀浇注料以及采用复合骨料的刚玉 - 莫来石高强低水泥浇注料。浇注料膨胀系数的减小,可使高温环境下材料内应力得到有效抑制,进而提升其体积稳定性与抗热震性 ;浇注料新配方中加入超微粉及添加剂后,可使浇注料的整体使用性能得到明显提升,进而使其使用寿命由之前的 4~6月延长至10个月甚至1年以上。
一直以来,喷煤管浇注料因使用工况较为苛刻而致使其使用效果难以达到预期,这在某种程度上对水泥窑的正常运转形成了一定的制约作用。目前喷煤管浇注料主要为铝 - 碳化硅系浇注料和刚玉 - 尖晶石浇注料,其中前者在高铝原料中添加超微粉和碳化硅,碳化硅的加入提高了材料的抗热震性,并在高温下在材料表面形成液相层,改善了材料的耐碱性能,大大提高了材料的使用寿命 ;刚玉 - 尖晶石浇注料是在材料中添加 -Al2O3粉和富铝尖晶石细粉,具有较高的高温抗折强度,尖晶石本身具有一定的耐碱性能,在喷煤管上也取得了一定的使用效果。这些新产品新技术的开发应用,使喷煤管的使用寿命从之前的3~4个月提高到目前的 6~8个月。
2.2 耐火浇注料的预制化进展
预制化为不定形耐火材料发展的另一个主要方向,在生产车间将各异形部位浇筑成型并烘干后运至现场进行安装,该方法对现场浇筑低水泥浇注料时在烘烤过程中容易出现的爆裂病害可实现有效避免,使施工不规范所造成的质量问题大幅减少,并使耐火材料使用寿命得到提升的同时有效缩短了施工周期。目前,部分水泥厂在篦冷机喉部、三次风管闸阀、篦冷机矮墙等部位选择预制件替代传统浇注料,取得了理想的使用效果。基于预制件维修方便、免于烘烤以及使用效果良好等自身优势的分析,在以后的发展中其势必会作为一种独特的解决方案而得到广泛推广与应用。
2.3 不定形耐火材料施工工艺的发展
相比于传统工艺,喷涂施工(包括湿法喷涂与干式喷涂两种形式)因其机械化程度较高而显著提升了施工效率,进而为水泥生产企业以生产周期的压缩而使经济效益与社会效益得到显著提升。采用喷涂工艺施工,其过程可有效避免人为因素对施工质量的影响,且产品质量表现稳定,使耐火材料的使用寿命因此而得到提升。
综上所述,水泥窑用耐火材料的研究为一项系统而复杂的任务,在其研究与应用历程中,只有做到生产技术标准化控制,方能实现其多元化发展方向。


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