水泥窯用耐火材料及其匹配選擇

　　現(xiàn)代化水泥廠回轉(zhuǎn)窯對(duì)耐火材料要求具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，較高的耐火度，抵抗溫度變化的抗熱震性，熱膨脹及重?zé)€變化小，優(yōu)良的抵抗化學(xué)侵蝕，較好的耐磨性和孔隙率，尺寸準(zhǔn)確、外形整齊等。水泥窯系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各部位的工作條件嚴(yán)格合理選擇耐火材料，延長(zhǎng)窯襯壽命和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　1.水泥窯用耐火材料的種類
　　1.1粘土磚
　　粘土磚為氧化鋁含量30～40%的硅酸鋁質(zhì)耐火制品。其礦物組成為莫來(lái)石 (3Al₂O₃·SiO₂)20～50%，玻璃相25～60%和方石英及石英（最高可達(dá)30%）。普通粘土磚按 Al₂O₃含量可分為：一等（＞40% )，二等（＞35%），三等（＞30%）；相應(yīng)的耐火度不低于1730℃，1670℃和1610℃；荷重軟化溫度均在1250～1450℃；熱穩(wěn)定性較好
　　1.2高鋁磚
　　高鋁磚為氧化鋁含量在48%以上的硅酸鋁耐火制品。礦物組成為剛玉 (α－Al₂O₃)、莫來(lái)石和玻璃相，其含量取決于Al₂O₃/ SiO₂比值和雜質(zhì)的種類及數(shù)量。按Al₂O₃含量劃分等級(jí)。我國(guó)高鋁磚分為三級(jí)：LZ65含Al₂O₃65~70%,耐火度1790℃，LZ55含Al2O355～65%，耐火度1770℃；LZ48含Al₂O₃ 48～55%，耐火度1750℃。
　　1.3磷酸鹽結(jié)合高鋁質(zhì)窯襯磚
　　磷酸鹽結(jié)合高鋁質(zhì)窯襯磚包括兩種產(chǎn)品，一種是磷酸鹽結(jié)合高鋁質(zhì)磚（簡(jiǎn)稱磷酸鹽磚），另一種是磷酸結(jié)合高鋁質(zhì)耐磨磚（簡(jiǎn)稱耐磨磚）。磷酸鹽磚是以濃度42.5～50%的磷酸溶液作為結(jié)合劑，集料是采用經(jīng)回轉(zhuǎn)窯1600℃以上煅燒的礬土熟料。在磚使用過(guò)程中，磷酸與磚面燒礬土細(xì)粉和耐火粘土相反應(yīng)，最終形成以方石英型正磷酸鋁為主的結(jié)合劑。耐磨磚是以工業(yè)磷酸、工業(yè)氫氧化鋁配成磷酸鋁溶液作結(jié)合劑，其分子比為Al₂O₃∶P₂O₅＝1:3.2。采用的骨料與磷酸鹽磚相同。在磚的使用過(guò)程中，同磷酸鹽磚樣形成方石英型正磷酸鋁為主的結(jié)合劑。
　　1.4鎂磚
　　鎂磚是氧化鎂含量不少于91%、氧化鈣不大于3.0%，以方鎂石 (MgO)為主要礦物的堿性耐火制品。鎂磚的特性，可從磚體是由鈣、鎂、鐵的硅酸鹽作為方鎂石晶體的膠結(jié)劑來(lái)考慮。其導(dǎo)熱率好；熱膨脹率大；抵抗堿性熔渣性能好、抵抗酸性熔渣性能差；荷重變形溫度因方鎂石晶粒四周為低熔點(diǎn)的硅酸鹽膠結(jié)物，表現(xiàn)為開(kāi)始點(diǎn)不高，而坍塌溫度與開(kāi)始點(diǎn)相差不大；耐火度高于2000℃，但對(duì)實(shí)際使用沒(méi)有意義；因此，必須以鎂橄欖石結(jié)合的高荷重變形性能的鎂磚及以鎂鋁尖晶石 (MgO·Al₂O₃)結(jié)合的高熱震穩(wěn)定性的鎂鋁磚作為發(fā)展的方向。
　　1.5鎂鋁尖晶石磚
　　鎂鋁尖晶石磚是為了改善鎂磚的熱震穩(wěn)定性，在配料中加入氧化鋁而生成的以鎂鋁尖晶石為主要礦物的鎂質(zhì)磚。７０年代中期，隨著新型干法水泥生產(chǎn)的發(fā)展，在生產(chǎn)直接結(jié)合鎂鉻磚之后，目前又向高級(jí)鎂鋁尖晶石磚的方向發(fā)展。生產(chǎn)中，以高純鎂砂及合成尖晶石為原料，兩者配比為0.7～0.8比0.3～0.2。生產(chǎn)方法有電熔法和燒結(jié)法。尖晶石磚的優(yōu)點(diǎn)是熱震穩(wěn)定性好，使用過(guò)程中與熟料反應(yīng)能在磚的表面形成一層很薄的鋁酸鈣保護(hù)層，使液相不易滲透，抗剝落性能比直接結(jié)合鎂鉻磚好。但抗蝕性稍次于直接結(jié)合鎂鉻磚。
　　1.6普通鎂鉻磚
　　鎂鉻磚含MgO55～80%，Cr₂O₃≥8%，主要礦物為方鎂石和鉻尖晶石，硅酸鹽相為鎂橄欖石和鈣鎂橄欖石。如果Cr₂O₃含量高達(dá)18～30%，MgO25～55%，則稱為鎂鉻磚。普通鎂鉻磚對(duì)堿性渣的抵抗能力強(qiáng)、抗酸性渣的能力比鎂磚好，荷重軟化點(diǎn)高，高溫下體積穩(wěn)定性好，在1500℃時(shí)的重?zé)€收縮小。
　　1.7直接結(jié)合鎂鉻磚
　　大型窯內(nèi)，窯溫在1700℃以上，普通鎂鉻磚已難勝任，直接結(jié)合鎂鉻磚就是為了適應(yīng)水泥生產(chǎn)大型化而發(fā)展起來(lái)的一優(yōu)質(zhì)鎂鉻質(zhì)耐火材料。直接結(jié)合鎂鉻磚是以優(yōu)質(zhì)菱鎂礦石和鉻鐵礦石為原料，先燒制成輕燒鎂砂，按一定級(jí)配后經(jīng)高壓成球，在1900℃高溫下燒制成重?zé)V砂，再配入一定比例的鉻鐵礦石，加壓成型，經(jīng)1750～1850℃隧道窯煅燒而成。經(jīng)1750～1800℃燒成者為高溫直接結(jié)合鎂鉻磚，經(jīng)1800～1850℃燒成者為超高溫直接結(jié)合鎂鉻磚。
　　1.8聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚
　　該磚是一種化學(xué)結(jié)合鎂磚，其組成是以高鈣合成鎂砂作骨料，聚磷酸鈉作粘合劑，紙漿廢液作水化抑制劑。其配比為：高鈣鎂砂∶聚磷酸鈉∶紙漿廢液∶水，其比例為3：0.7～1.0：3：3.5，配料后經(jīng)濕碾，加壓成型及150～200℃干燥后即為成品。聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚兼具常溫固化及熱固化性能，常溫強(qiáng)度及1450℃下抗壓強(qiáng)度均較高；荷重軟化點(diǎn)，一般0.6%變形開(kāi)始點(diǎn)波動(dòng)于1500～1690℃，4%變形點(diǎn)在1700℃以上；熱膨脹系數(shù)及彈性模量較普通鎂鉻磚高；熱震穩(wěn)定性亦較普通鎂鉻磚好；耐水泥熟料侵蝕性亦較好。
　　1.９耐堿磚
　　聯(lián)邦德國(guó)首先研制成功Al₂O₃含量25～28%的耐堿粘土磚，使窯氣中的堿在磚面上凝集后迅速與磚面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層高粘度的釉面層，封閉了堿向磚體內(nèi)部繼續(xù)侵蝕的孔道，從而防止了“堿裂”。我國(guó)普通耐堿粘土磚SiO2＞65%, Al2O3＜30%,體積密度＞1.9ｇ/ cm³,顯氣孔率＜25%常溫耐壓強(qiáng)度＞20MPa,導(dǎo)熱系數(shù)1.163Ｗ/ｍ·ｋ (350℃ ),熱膨脹系數(shù)６×10-６/℃,荷重軟化點(diǎn)開(kāi)始點(diǎn)＞1320℃。
　　1.10隔熱材料
　　隔熱材料是以輕質(zhì)耐火物料制成的隔熱制品。其品種：輕質(zhì)煅燒磚、耐火隔熱混凝土、隔熱板及陶瓷耐火纖維制品等。它們都具有多孔結(jié)構(gòu)、質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫性能好等
　　特性。
　　2.水泥窯系統(tǒng)對(duì)耐火材料的匹配選擇
　　2.1窯的卸料口和卸料帶
　　這兩處所用的襯料，機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕都很嚴(yán)重。因此，要求用于這些部位的襯料具有良好的抗磨蝕性和抗溫度急變性能。卸料帶一般選用Al₂O₃含量70～80%的高鋁磚、耐熱震高鋁磚、尖晶石磚和鎂鉻磚；卸料口使用高名磚、以剛玉為骨料的耐熱混凝土，有時(shí)也使用碳化硅磚。
　　2.2燒成帶
　　燒成帶一般采用鎂鉻磚、聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚、耐堿磚等高溫及超高溫?zé)傻闹苯咏Y(jié)合鎂鉻磚，由于系高溫煅燒，尖晶石、方鎂石相直接結(jié)合，冷態(tài)和熱態(tài)強(qiáng)度均較高，熱震穩(wěn)定性也較好，因此，已被日益廣泛地采用。
　　2.3過(guò)渡帶
　　該帶與燒成帶相鄰 ,溫度變化頻繁 ,筒體溫度較高 ,窯皮時(shí)掛時(shí)脫 ,化學(xué)侵蝕也較嚴(yán)重。常用的耐火材料有以剛玉和50～80% Al₂O₃的鋁礬土制成的高鋁磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、普通鎂鉻磚和尖晶石磚等。
　　2.4冷卻帶
　　該帶溫度仍比較高。但化學(xué)侵蝕不如前帶嚴(yán)重。一般選用鎂鉻磚、高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁質(zhì)磚及鎂鋁尖晶石磚等。
　　2.5分解帶
　　在本帶與預(yù)熱帶相連的部分，由于熱應(yīng)力與化學(xué)應(yīng)力較小，可使用各種質(zhì)量的粘土磚、高鋁磚、煅燒成化學(xué)結(jié)合的輕質(zhì)磚或普通鎂鉻磚；在與過(guò)渡帶相連的高磨損、高溫區(qū)域內(nèi)，
　　可采用Al2O3含量50～60%的高鋁磚，普通鎂鉻磚或尖晶石磚。
　　2.6預(yù)熱帶
　　該帶襯料需具有足夠的耐堿和隔熱性能，一般使用耐堿隔熱粘土磚。在采用輕質(zhì)磚時(shí)，窯筒體溫度可比使用相同厚度的粘土磚降低60～100℃，對(duì)于干法窯來(lái)說(shuō)，單位熱耗可降低
　　21～38KJ/Kg熟料。
　　2.7預(yù)熱器系統(tǒng)
　　耐堿和隔熱性能對(duì)于預(yù)熱器系統(tǒng)的襯料同樣十分重要。一般在預(yù)熱器及分解爐的直筒、錐體部分以及連接管道內(nèi)，采用耐堿粘土磚，并加隔熱復(fù)合層，以火源砌筑；頂蓋部分可采用火磚掛頂、背襯礦棉，亦可采用混凝土澆注；各處彎頭多使用澆注料；窯尾上升管道等處采用結(jié)構(gòu)致密的半硅質(zhì)粘土磚防止堿侵蝕。
　　2.8冷卻機(jī)系統(tǒng)
　　篦冷機(jī)內(nèi)部物料溫度變化最大，火磚受侵蝕的程度也不均勻，一般認(rèn)為在冷卻機(jī)縮口和位于三次風(fēng)管進(jìn)風(fēng)口與冷卻縮口之間受侵蝕最厲害。另外，由于粉塵的堆積限制砌體本身的膨脹，也會(huì)對(duì)側(cè)墻產(chǎn)生整體破壞作用。篦冷機(jī)系統(tǒng)采用的耐火材料有耐火磚、輕質(zhì)澆注料、隔熱磚、隔熱板材等多種。下料喉部區(qū)域及高溫區(qū)可采用普通鎂鉻磚、高鋁磚；中、低溫區(qū)域可采用粘土磚。