前言

  近年來，隨著人們對生活環(huán)境的標準不斷提高，國家環(huán)境保護和節(jié)能減排的政策隨之相繼推出。一氧化碳、二氧化碳等有害氣體排放量已成為數字化，窯爐使用企業(yè)對窯襯的低導熱系數的材料呼聲不斷提高，鎂鋁尖晶石磚作為水泥回轉窯過渡帶、石灰窯主要窯襯材料，它具有抗熱震性好，抗化學侵蝕能力強，性價比高等優(yōu)點[1-3]。但導熱系數高保溫性能差，鎂鋁尖晶石磚導熱系數為3.2（W/mk）,直接導致回轉窯筒體溫度過高，能源消耗過大成為鎂鋁尖晶石磚今后發(fā)展瓶頸，所以低導熱鎂鋁尖晶石復合磚的研制勢在必行。本研究采用工作層和復合層的結構來降低窯襯的導熱系數。復合層采用鎂橄欖石和高純鎂砂為主原料，鎂橄欖石（Mg₂SiO₄）是島狀結構的硅酸鹽礦物，具有強度高，熔點高（1890℃），化學和礦物穩(wěn)定性好，氣孔率高、體密低、熱導率低（為純氧化鎂的1/3-1/4）[4]，且呈弱堿性，與大多數堿性耐火材料具有良好的相容性。本研究主要了解如何用復合材料降低回轉窯窯襯的導熱系數和兩種不同的堿性材料如何匹配的性能。

  1試驗

  1.1試驗原料

  1.2試樣制備

  試樣由兩種不同材質組成，結構圖如圖1所示，又分為工作層和復合層。

  兩種材質分別按照表2、3配方進行，首先是按配方中原料稱重，然后顆粒原料在50Kg混碾機中預混5分鐘，加入紙漿廢液和氯化鎂溶液（紙漿廢液與氯化鎂溶液比例為2:1），最后加入細粉再混碾5分鐘。

  將混好泥料在630噸壓力機上兩種材質一次成型，保證每公斤一錘的原則，半成品試樣在干燥箱中110℃干燥24h,干燥后試樣放入隧道窯中分別為1610℃-1620℃燒結。

  1.3  性能檢測

  顯氣孔率、體積密度按GB/T2997-2000標準檢測，常溫耐壓強度按GB/T5072-2008標準檢測，荷重軟化溫度按YB/T370-1995標準檢測，常溫抗折強度按GB/T3001-2007標準檢測，高溫抗折強度按GB/T3002-2004標準檢測，以150×25×25mm試樣為例，工作層長度75mm,復合層長度75mm,受壓點在試樣1/2的結合處。試樣冷端表面溫度模擬試驗對比，首先試樣放在重燒爐爐門處，與爐門平行試樣周圍用高溫棉鑲實，使爐溫升至1100℃并保溫3個小時，然后用紅外測溫儀測出試樣冷端表面溫度，每個試樣共測3個點，最終求出平均值進行對比。

  1結果與討論

  2.1試樣的工作層性能

  由表4可以看出，低導熱鎂鋁尖晶石復合磚采用了高純電熔鎂砂和高檔電熔鎂鋁尖晶石。顯氣孔率較低體積密度較高，熱震穩(wěn)定性較好。其他指標都比較接近。

  2.2試樣的復合層顯氣孔率和體積密度

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  圖2中四個試樣中2#、3#、5#、6#試樣高純鎂砂加入量分別為30%、20%、40%、10%，5#鎂砂加入量最高，高溫下鎂橄欖石產生多余SiO2與高純鎂砂中MgO生成鎂橄欖石相伴隨著體積膨脹，是造成5#試樣顯氣孔率最高體密最低主要原因。6#試樣高純鎂砂加入量最少，生成鎂橄欖石相較少伴隨體積膨脹較小，所以6#試樣顯氣孔率較低。由圖2可以看出隨著高純鎂砂加入量增加，顯氣孔率隨之升高，體密隨之下降。傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石體密3.0g/cm3,低導熱鎂鋁尖晶石復合磚工作層體密3.0g/cm3,復合層2.55 g/cm3，以198×220×69/74尺寸的磚為例，復合層高度為80mm來計算，傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚單重為9.34Kg,低導熱鎂鋁尖晶石復合磚單重為8.82Kg,整體單重下降5%。

  2.3  試樣的復合層常溫耐壓強度

  四個試樣中2#、3#、5#、6#試樣高純鎂砂加入量分別為30%、20%、40%、10%，只有適量的加入高純鎂砂在1610℃高溫下生成鎂橄欖石相促進試樣致密化，才能提高常溫耐壓強度。由圖3可以看出2#試樣燒結較致密所以強度最高，5#試樣由于顯氣孔率高，組織結構疏松，常溫耐壓強度最低。

  1.4試樣的抗折強度

  由于2#、3#、5#試樣的工作層與復合層結合處均出現了微裂紋，出現裂紋說明工作層與復合層兩種材質膨脹系數不匹配。6#試樣工作層與復合層結合處沒有裂紋，就說明6#試樣的兩種材質膨脹系數比較接近，也是造成6#試樣常高溫抗折最高的主要因素。

  1.4試樣導熱模擬試驗對比

  由圖5可以看出低導熱鎂鋁尖晶石復合磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚在爐溫1100℃情況下保溫3個小時試樣冷端表面降低120℃，繼續(xù)保溫6、9個小時情況下，試樣冷端表面溫度沒有變化。

  3、結論

  （1）低導熱鎂鋁尖晶石復合磚復合層隨著高純鎂砂加入不斷增加試樣顯氣孔率越高，體密越低，有利于導熱系數降低。

  （2）隨著高純鎂砂含量的增加，復合層與工作層結合處出現微裂紋，說明兩種材質膨脹系數不匹配，也造成常高溫抗折強度降低。在高純鎂砂加入量10%為最佳，復合層與工作層結合處沒有出現裂紋，兩種材質膨脹系數比較接近。常溫抗折強度達到7.6MPa,1400℃抗折強度2.5MPa。

  （3）低導熱鎂鋁尖晶石復合磚采用工作層和復合層的結構，降低了每塊產品單重5%，從而減輕筒體承受載荷。低導熱鎂鋁尖晶石復合磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚做導熱模擬試驗對比，試樣冷端表面溫度降低約120℃。

  參考文獻：

  [1]袁林、王杰增.新型干法水泥窯用耐火材料的現狀與發(fā)展[J]耐火材料.2010.44（55）：383-386

  [2]姜發(fā)茂、孫麗楓、于景坤.鎂鋁尖晶石質耐火材料的開發(fā)與應用[J].工業(yè)加熱.2005.34（2）：56-59

  [3]荊桂花、肖國慶、鎂鋁尖晶石基耐火材料的最新研究進展.[J].耐火材料.2004.38（5）：347-349

  [4]霍素珍.具有發(fā)展前景的耐火原料鎂橄欖石[J].國外耐火材料.20144.29(1):76-79