发布时间 : 星期四 文章水泥回转窑用耐火材料-1版全 - 图文更新完毕开始阅读5d3c45e9aeaad1f346933ff3
北京科技大学硕士研究生选题报告
性和耐侵蚀性还是不足，需要得到窑皮的保护才能获得较长使用寿命。镁铁尖晶石砖由镁铝尖晶石替代低铬镁铬砖中的铬铁矿制成，并通过调整氧化铁或镁铁尖晶石的掺加量和分布来进一步提高挂窑皮性。与铁铝尖晶石砖类似，镁铁砖也需要窑皮的保护才能获得较长寿命。如果不使用镁铁尖晶石砖和铁铝尖晶石砖，烧成带也可以使用镁铝尖晶石砖。为提高抗氧化钙的侵蚀和挂窑皮能力，烧成带使用的镁铝尖晶石砖的氧化铝含量要低于过渡带用镁铝尖晶石砖的。为进一步提高抗侵蚀性和挂窑皮性，可以使用电熔镁铝尖晶石代替烧结镁铝尖晶石，或者再用氧化锆替代部分镁铝尖晶石。
氧化锆是一种可以全面提高镁质材料性能的添加物，但价格很高，只适合少量使用。如果用氧化锫或锫酸钙大量取代镁铝尖晶石，将显著提高制砖成本，产品就没有竞争力；而且，锆质耐火原料在我国不能自给，需要大量进1：3，如果大量使用，将推动其价格更快上涨。
2高铝质耐火材料
水泥窑用高铝质耐火材料沿着两条技术路线不断改进：一是添加锆英石，二是添加碳化硅。、早在20世纪80年代，中国建筑材料科学研究院开发的抗剥落高铝砖就大量用于宁国、冀东、珠江、江西等新型干法水泥厂，颇获好评；在20世纪90年代，又研制出了第二代抗剥落高铝砖。制作第一代抗剥落高铝砖时，加入粒状锆英石。烧成时，氧化铝和锆英石颗粒反应，形成莫来石和斜锆石。一方面，莫来石的形成降低了砖的热膨胀系数；另一方面，氧化锆的单斜与四方晶型之间的转变，产生了微裂纹并改善了抗热震性。这一工艺制作简单，成本较低，但材料不耐高温，因为高温下氧化铝和锆英石会继续反应而产生膨胀，影响材料的使用寿命。制作第二代抗剥落高铝砖时，加入锆英石微粉。烧成时，氧化铝和锆英石在高温下充分反应，形成莫来石和斜锆石，使耐火材料具有良好的耐高温、抗热震等性能，但是生产成本较高。
最早，西方技术人员认为水泥窑中高铝质耐火材料的使用温度上限为l 300 oC，超过1 300 oC，则因水泥熟料中的CaO和耐火材料中AI：0，、SiO：反应形成CAS：、C：AS等矿物不能起到保护作用，耐火材料将很快损毁。近来，由于AI：03一SiO：一SiC系材料的发展，需修正这一观点。加入SiC后，铝硅质耐火材料的荷重软化温度、抗热震性、耐磨性和抗侵蚀性均得到大幅改善。其
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中，抗侵蚀性改善是因SiC氧化成为SiO气体，SiO扩散至耐火材料界面莺新氧化成SiO：，新生成的SiO：和外来物质形成了高黏度玻璃相，因而堵塞了气孔，减缓了材料的侵蚀，延长了寿命。
2．3系列耐碱砖
耐碱砖是一种半硅质材料，砖内含有一定数量的R：o。使用时，耐碱砖能够和窑料中的碱快速反应，在砖面上迅速形成封闭性的致密保护釉层，防止了碱的继续内渗和砖的“碱裂”损坏。耐碱砖是新型水泥干法窑窑尾系统的主体材料之一。系列耐碱砖包括普通耐碱砖、高强耐碱砖、耐碱隔热砖以及拱顶型耐碱砖等。
2．4系列不定形耐火材料
不定形耐火材料具有生产工艺简单，制造能耗少，使用灵活、方便等特点，在水泥窑系统内特别是在结构复杂的预热器系统内的应用日趋普遍。适用于水泥窑的耐火浇注料主要包括刚玉质浇注料、高铝质浇注料、耐碱浇注料和轻质浇注料等。表3示出了水泥窑用耐火浇注料的主要性能。近年，水泥窑用不定形耐火材料的主要发展是使用碳化硅作为添加剂。安徽瑞泰生产的含碳化硅的水泥窑纯低温余热发电耐磨捣打料在华润水泥的贵港和平南两公司取得了良好使用效果。掺加碳化硅后，窑口用不定形耐火材料的寿命从6—8个月提高到1年左右；喷煤嘴的寿命从3个月提高到8～10个月。
2．5隔热耐火材料
水泥窑系统常用的隔热材料有隔热砖、隔热板和隔热(轻质)浇注料，。 3 水泥窑用配套耐火材料
最早，我国大型新型干法水泥窑高温带使用进口镁铬砖、尖晶石砖，寿命约10一12个月；仅在窑内分解带使用国产抗剥落砖，寿命约20个月。这一配置能够满足水泥生产的要求。但是，进口材料的价格较高，运输时间较长，致使购砖成本高，材料库存多，流动资金占用大。随着国产碱性耐火材料的提高，我国企业摸索到了利用国产材料进行全窑耐火材料配套的方案。2000年以后，越来越多的水泥回转窑实现了全窑国产化配套耐火材料，其方案见表5。
由表5可知，实施全窑耐火材料国产化之后，寿命可勉强满足需求。每台回转窑每年可节省近100万元的直接成本。但是，尖晶石砖热导率过高，使散热损
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失增大，又影响了窑体寿命，致使每年要停窑检修2～3次更换耐火材料。
国产碱性材料寿命不高的原因很大程度上在于国内厂家落后的生产设备。进口耐火材料主要用液压机成型，其配料、成型、烧成、检验工序中全面采用了自动控制，产品尺寸精度高，质量均匀，没有隐蔽性裂纹；而国内厂家主要采用摩擦压砖机成型，其配料、成型、烧成、检验工序中自动化水平较低，产品质量波动大，尺寸偏差大。使用中，为防止国产碱性材料掉砖，必须过量使用钢板锁紧，导致升温中耐火材料产生很大膨胀，容易使过度受压的耐火砖损害。
为解决国产耐火材料寿命短的问题，一些企业设法用硅莫砖(高铝碳化硅材料)代替镁铝尖晶石砖，用镁铁尖晶石砖代替直接镁铬砖并获得了成功。由于高铝砖强度高，热膨胀率小，抗热震性好，故升温时很少损坏。由于制造镁铁砖时，采用预先合成的镁铁尖晶石，所以，烧成温度显著低于直接结合镁铬砖，故砖的尺寸比较容易控制。这样，在一定程度上规避了国内企业的生产设备差，热工制度不稳定的弱点，减少了与发达国家产品外观质量上的差距，从而提高了产品的使用效果。】
1.5 镁质耐火材料的技术现状
以MgO为主成分和以方镁石为主晶相的耐火材料统称为镁质耐火材料。镁质耐火制品的一般生产过程是以较纯净的菱镁矿或由海水、盐湖等提取的MgO为原料，经敢问煅烧制成烧结镁石（硬烧镁石、重烧镁石、死烧镁石）或经电熔制成电熔镁石等熟料，然后将熟料粉碎，依制品品种经相应配料，再依次经泥料制备、成型、干燥和烧成制成制品。我国是菱镁矿资源储量丰富的国家，矿石质地优良，闻名于世。广阔的海岸线和盐湖还有提取MgO的美好前景。故为发展镁质耐火材料提供了得天独厚的条件。镁质耐火制品的性质主要取决于其化学和矿物组成以及显微结构，并受原料和生产工艺制度与方法控制。镁质耐火制品应依工作条件与其性质相适应而合理选择并使用[]。 1.5.1 镁质耐火材料的相组成
一般认为MgO含量大于78%的MgO-氧化物组成的材料属于镁质耐火材料的组成范围。镁质耐火材料的主成分是MgO，主晶相是方镁石。许多镁质耐火制品中还含有硅酸盐或尖晶石或其他组分。但是主晶相方镁石的性状和在高温下的行为，直接影响镁质耐火材料的性能。
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方镁石多由煅烧碳酸镁制成，是MgO的唯一结晶形态。属等轴晶系，NaCl型结构。晶格常数和真密度分别随煅烧温度升高而减小和提高。充分烧结的方镁石晶格常数科大0.42nm，真密度为3.61g/cm3。
方镁石的化学活性很大，极易与水或大气中的水分进行水化反应，即MgO+H2O→Mg(OH)2，并伴随很大的体积膨胀效应。其化学活性也随煅烧温度的升高而降低。如由菱镁矿经1000℃左右煅烧得到的产物，其主晶相是方镁石。在此条件下制得的方镁石晶格常数较大，晶体缺陷多，活性极高。通常称由此种方镁石构成的产品为轻烧镁石或苛性镁石。此种产品不宜直接作为镁质耐火材料使用。轻烧镁石经1650℃以上煅烧后，方镁石的晶体缺陷减少，晶格排列紧密，密度提高，活性降低，抗水化能力提高。通常称由此种方镁石构成的产品为烧结镁石或死烧镁石。镁质耐火材料的主晶相就是由这种化学活性较低的方镁石构成的。镁质耐火制品中的MgO含量越多，说明制品中的方镁石含量越多。
方镁石属离子晶体，离子间静电引力大，晶格能高达3935kJ/mol，故熔点很高，达2800℃。但是当温度达1800℃以上，便可产生升华现象，而且其稳定性随温度升高而下降，压力越低，稳定性越低。方镁石的活性经高温煅烧后虽有降低，但仍较高。在潮湿介质中易水化生成Mg(OH)2，并伴随有体积效应。因此，镁质耐火制品应防潮。方镁石的热膨胀性较高，在201000℃平均线膨胀系数为14×10-6/℃。因此，凡由方镁石构成的镁质耐火材料抗热震性都较差[]。
鉴于CaO和SiO2是镁质耐火材料中普遍存在的杂质成分，而且CaO/SiO2（钙硅比，采用摩尔比）不同的镁质耐火材料必有不同的相组合，因而会导致不同的熔融关系。钙硅比是决定镁质耐火材料中的物相和高温性能的关键参数。通过控制钙硅比（实际是硅酸盐相的组成），即可避免低熔点物相和减少使用前或在高温下使用时形成的液相量。只要将钙硅比提高到2以上（2.0-8.0），便可控制硅酸盐相的几何分布，从而减轻其危害。由于CaO能部分固溶进入MgO中，因而实际硅酸盐中（有效）钙硅比值需要高于化学分析的CaO含量，才能获得高熔点硅酸盐相[]。
1.5.2 镁质耐火材料的高温强度/性能
由不同结合相与主晶相方镁石构成的各种镁质耐火材料虽然具有很高的耐火度（一般皆高于1920℃），抗碱性渣侵蚀的能力也较强，但依结合相的种类、
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