淺議水泥回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料技術(shù)
2008年,中國(guó)水泥年產(chǎn)量13億多噸,其所用水泥熟料絕大部分是回轉(zhuǎn)窯煅燒而成。近30年來,預(yù)分解窯(PC)和預(yù)熱器窯(SP)陸續(xù)投入生產(chǎn),窯的轉(zhuǎn)速提高3~4倍,工作溫度高、熱負(fù)荷大,原材料成分易變化,有害成分堿金屬、硫和氯等物質(zhì)蒸發(fā)和凝聚的數(shù)量大,致使堿腐蝕嚴(yán)重。因此,該類窯對(duì)耐火材料的品種和質(zhì)量要求較高,應(yīng)該認(rèn)真面對(duì)。
在傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯中,不定形耐火材料主要用于前、后窯口和濕法窯鏈條帶等部位,其品種有:高鋁質(zhì)耐火澆注料和鋼釬維增強(qiáng)耐火澆注料等;在PC窯和SP窯中,除用于前、后窯口部位外,在分解爐、預(yù)熱器、三次風(fēng)管、窯門罩和冷卻機(jī)等部位也廣泛使用不定形耐火材料,其品種有:剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料、鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料、耐堿澆注料、自流耐火澆注料和隔熱澆注料等,用量約占整個(gè)窯用耐火材料的1/3。因此,不定形耐火材料在新型窯中占有重要地位。
1.回轉(zhuǎn)窯窯口耐火澆注料的使用條件
回轉(zhuǎn)窯窯口耐火襯是窯襯的薄弱環(huán)節(jié),特別是前窯口耐火襯,使用溫度在1100℃左右,需要承受急冷、急熱氣流沖擊,高溫水泥熟料磨損和高溫有害氣體堿腐蝕等,使用條件十分苛刻。襯體的損毀主要是:開裂、剝落和磨蝕,故要求耐火材料必須具有良好的抗熱震性、耐磨性和耐堿性。
回轉(zhuǎn)窯窯口筒體不變形時(shí),一般可用抗剝落的高鋁磚、尖晶石磚和直接結(jié)合鎂鉻磚等定型制品砌筑,并用優(yōu)質(zhì)泥漿做接縫料,以便形成整體,防止掉磚,提高壽命。然而,筒體變形普遍存在,故用耐火澆注料澆灌,鋼殼上焊上鉚固釘,澆注料中摻加鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料,按規(guī)程施工和烘烤,來滿足窯口筒體襯的生產(chǎn)需要。
在國(guó)外,水泥窯前窯口上廣泛采用剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料,其使用壽命可達(dá)2~8個(gè)。澆注料的高鋁含量高、強(qiáng)度高。因此,抗熱震性差、易開裂剝落,降低使用壽命。生產(chǎn)實(shí)踐證明,鋼纖維增強(qiáng)高鋁質(zhì)耐火澆注料的使用效果,比剛玉質(zhì)澆注料要好。
2.回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料的研發(fā)
回轉(zhuǎn)窯窯口用鋼纖維增強(qiáng)剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料,在多年使用中易發(fā)生開裂剝落,即抗熱震性不好,使用壽命較低。據(jù)此,北京通達(dá)、浙江錦誠(chéng)和開封特耐等單位,研發(fā)了高鋁質(zhì)耐火澆注料、高鋁莫來石質(zhì)澆注料和莫來石質(zhì)耐火澆注料等,使用壽命一年以上,獲得了良好的使用效果。
眾所周知,黏土磚的抗熱震性和耐堿性優(yōu)于高鋁磚,原因是鋁含量低;強(qiáng)度高、耐磨性好、抗震性差。在窯口用澆注料中,Al2O3 含量為50%~70%,強(qiáng)度適中(既兼顧耐磨性,又有適宜的抗熱震性),烘干和耐壓強(qiáng)度(1100℃)分別約為40MPa和70MPa。應(yīng)當(dāng)指出,耐火澆注料是由骨料、粉料、結(jié)合劑和外加劑(物)等組成,使用前基質(zhì)中的相組成處于非平衡狀態(tài),使用時(shí)在高溫作用下,基質(zhì)中的各組分將遵循相平衡關(guān)系重新組成新的相平衡(即獲得優(yōu)良的使用性能和原位反應(yīng))。因此,應(yīng)當(dāng)選擇適用的組成材料,優(yōu)化配料設(shè)計(jì),達(dá)到良好的燒結(jié)性、體積穩(wěn)定性、耐蝕性和高溫力學(xué)性能。
①主體材料的選用
前窯口耐火襯因急冷、急熱頻繁,使用溫度在800℃~1250℃范圍內(nèi),可起到承受水泥熟料磨損和堿腐蝕的作用。耐火澆注料主體材料的選用,必須根據(jù)其使用條件決定,以達(dá)到既成本低又好用的目的。
耐火骨料選用二三級(jí)礬土熟料、焦寶石和莫來石等,臨界粒徑放大,并應(yīng)合理進(jìn)行顆粒級(jí)配,達(dá)到致密化,有利于提高材料的抗熱震性和強(qiáng)度。
耐火粉料、結(jié)合劑和外加劑(物)等材料,是耐火澆注料的基質(zhì)材料,也必須進(jìn)行合理的顆粒級(jí)配,以便提高其性能。在常溫下,能獲得施工強(qiáng)度,在高溫作用下,易發(fā)生相轉(zhuǎn)變、進(jìn)行燒結(jié)。同時(shí),材料之間會(huì)產(chǎn)生原位反應(yīng),其微膨脹能抵消燒結(jié)收縮,提高澆注料的抗熱震性和強(qiáng)度。
耐火粉料選用剛玉、礬土熟料、莫來石和碳化硅等材料,破碎成各種粒級(jí)進(jìn)行組配。同時(shí),應(yīng)加超微粉填充空隙,且活性大、易產(chǎn)生原位反應(yīng),提高基質(zhì)性能。
結(jié)合劑選用鋁酸鈣水泥、超微粉和磷酸鹽等,一般復(fù)合使用;其用量應(yīng)確保拆模強(qiáng)度,并使烘干耐壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa左右。
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不定形耐火材料是典型的原位反應(yīng)耐火材料,因此外加劑(物)的選用十分重要,必須確保施工性能、烘烤性能,高溫下原位反應(yīng)的進(jìn)行,可獲得優(yōu)良的材料性能。窯口耐火澆注料用的外加劑(物)主要有:分散劑、促凝劑、增塑劑、燒結(jié)劑、膨脹劑和防爆劑等?,F(xiàn)重點(diǎn)介紹一下燒結(jié)劑,其品種材料有生黏土、鋯英石、鈦白粉和錋化物等。該類物質(zhì)在使用溫度下,進(jìn)行原位反應(yīng),生成一定數(shù)量的莫來石晶體、鋯石相、鈦鋁酸鹽晶體和不一致熔融化合物(2Al2O3·B2O3)等,伴有體積膨脹產(chǎn)生微裂紋,能補(bǔ)償其燒結(jié)收縮,從而使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生燒結(jié)強(qiáng)度,耐腐蝕能力和良好的抗熱震性。
燒結(jié)劑用量因品種材料而異(一般為1%~7%),過量用燒結(jié)劑,原位反應(yīng)產(chǎn)生較大的膨脹和液相,致使?jié)沧⒘峡篃嵴鹦院湍臀g性降低,也影響使用效果。因此,應(yīng)根據(jù)使用溫度、燒結(jié)層厚度、體積穩(wěn)定性和耐蝕性要求,合理選用燒結(jié)劑的品種和用量,以滿足實(shí)際使用要求。
外加劑(物)主要有耐熱鋼纖維等,在窯口用耐火澆注料中,選用446號(hào)和304號(hào)鋼纖維,可滿足使用要求(用量為1%~4%)。其作用是能抑制基質(zhì)產(chǎn)生裂紋或阻止裂紋擴(kuò)展,提高料的抗熱震性。實(shí)驗(yàn)證明,冷熱循環(huán)10次后的抗折強(qiáng)度,鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料比未加鋼纖維的澆注料高3~4倍(即提高抗熱震性),在前窯口耐火襯上使用,使用壽命一年以上。因此,在窯口用耐火澆注料中,必須加耐熱鋼纖維。應(yīng)當(dāng)指出,配制鋼纖維耐火澆注料時(shí),必須將鋼纖維均勻混拌在澆注料中,防止鋼纖維成團(tuán),否則將降低窯口耐火襯的使用壽命。
總之,回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料的材料組成,應(yīng)根據(jù)其使用條件來確定,并保證基質(zhì)料間原位反應(yīng)、燒結(jié)性和體積穩(wěn)定性,從而獲得良好的抗折強(qiáng)度、抗熱震性和耐腐蝕性。同時(shí),適量添加外加劑(物),并合理選擇其品種和用量,才能提高材料的施工性能和使用性能。鋼纖維增強(qiáng)鋁莫來石質(zhì)耐火澆注料,在窯口使用的作用已初見成效,應(yīng)大力推廣使用。
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