论文资料水泥窑用碱性耐火材料的性能.docx
《论文资料水泥窑用碱性耐火材料的性能.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文资料水泥窑用碱性耐火材料的性能.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
论文资料水泥窑用碱性耐火材料的性能
水泥窑用碱性耐火材料的性能
及影响使用寿命的因素
郑州汇特耐火材料有限公司慕松林
一、前言
随着我国大型干法水泥窑技术的快速发展，对水泥窑烧成带和过渡带用碱性耐火材料的性能提出了更高要求。
碱性耐火材料由于具有良好的耐高温性能和抗侵蚀性能而在水泥窑上得到广泛使用。
碱性耐火材料主要是指以MgO和CaO为主要成份的耐火材料：
水泥行业用碱性耐火材料主要有各种档次的镁铬砖、镁铁尖晶石砖、镁铝尖晶石砖（或称方镁石-尖晶石砖），白云石砖、镁白云石砖和镁钙锆砖。
二、水泥窑用碱性耐火材料的性能
碱性耐火材料的生产要求采用“高纯”、“高压”、“高温”即“三高”工艺来生产，所谓“高纯”是指所用原料必须纯度高、杂志含量低，原料中的SiO2、CaO等杂质含量要低，“高压”是指砖坯必须采用大吨位压力机成型，以确保砖坯成型的致密度符合工艺要求，高档碱性耐火材料生产所用压力机一般要保证在630吨以上；“高温”是指碱性耐火材料的煅烧要在超高温隧道窑（最高烧成温度应在1800℃以上）中烧成，产品直接结合程度高。
目前，国内大型干法水泥回转窑烧成带和过渡带所用碱性耐火材料主要是：
直接结合镁铬砖（Cr2O3含量控制在8%左右），特种低铬镁铬砖（Cr2O3含量控制在3~5%）、镁铁尖晶石砖和镁铝尖晶石砖。
1、国内、国外烧成带用碱性耐火材料性能分析。
直接结合镁铬砖一般是采用高纯镁砂和铬精矿经过高压成型，高温烧成而生产的一种碱性材料，该产品具有下列特点：
一是常温强度高，一般常温耐压强度都能达到50MPa以上；可以满足砌筑和高温条件下的使用要求；二是杂质含量低，SiO2含量小于1~3%，直接结合程度高，硅酸盐相少，高温荷重软化温度高（一般ta≥1650℃），高温下不易烧蚀和软化变形；三是挂窑皮性能良好；四是热膨胀率比较大（一般1000℃时热膨胀系数在1.0-1.2）使用时热应力大，若使用不当，极易出现炸裂损坏；五是高温韧性差，对温度“敏感”度高，温度发生较大变化时易出现炸裂剥落损坏；六是抗碱侵蚀性能差，拆窑时会发现在残砖表面有一层白色侵蚀层;七是直接结合镁铬砖外形尺寸偏差大，砖表面平整度不够，干砌时易产生“点”接触，不利砌筑。
德国雷法公司生产的大型干法水泥窑烧成带用特种低铬镁砖则是一种完全不同于国内直接结合镁铬砖的一种产品，该产品的最大特点：
一是杂质含量低，尤其是SiO2含量小于1.0%，Cr2O3含量也比较低，在3-5%之间；但Fe2O3含量和CaO含量比较高（CaO∕SiO2≥2），Fe2O3含量在6-8%之间，CaO含量达到2.5%左右；二是产品常温强度高，一般在55MPa以上；三是荷重软化开始点温度较低，只有1600℃，高温下耐烧蚀性比直接结合镁铬砖低；四是产品高温下韧性比直接结合镁铬砖好，抗热震性能也优于直接结合镁铬砖，使用时对温度的“敏感”度比直接结合镁铬砖低，不易产生炸裂损坏；五是产品外形尺寸偏差小，便于砌筑规整，表面扭曲度小，砖与砖之间形成的“点”接触少。
郑州汇特耐火材料有限公司是一家多年从事水泥窑用碱性耐火材料生产的一家大型耐材企业，汇特公司针对国内大型干法水泥窑烧成带用直接结合镁铬砖存在的问题，经过多年坚持不懈的努力，终于自主开发成功了4000吨/日产以上大型干法水泥窑用镁铁复合尖晶石砖。
该产品采用高纯人工合成尖晶石而制得，它不仅外形尺寸偏差小（一般小于1mm偏差）表面平整度好（扭曲度＜0.5mm），而且砖的常温强度高，高温韧性好，耐热震性能优良。
制品中的Cr2O3含量只有3-6%，而且砖的高温荷重软化温度高，高温下砖的耐烧蚀性能优于雷法公司产品。
该产品在国内多家厂家5000吨/日产大窑烧成带使用，寿命可达一年以上，是一种可以完全取代进口产品的一种优质碱性耐火材料。
我们也已开发镁铁尖晶石砖，其性能与奥镁公司的产品不相上下，该产品的技术关键是要人工合成铁铝尖晶石和控制烧成制度。
下表是目前国内4000吨/日产以上大型干法水泥窑烧成带用的几种最典型的碱性耐火材料的理化性能指标。
产
指地
标
奥镁公司镁
铁尖晶石砖
（实测值）
雷法公司
汇特公司镁铁复合尖晶石砖
（实测值）
国内某厂直接结合镁铬8A（实测值）
低铬镁铬砖
镁铝铬砖
MgO（%）
89.27
80~85
81~86
84.52
76.82
Cr2O3（%）
/
3~5
1~4
5.78
12.14
AL2O3（%）
4.36
1~3
4~9
1~3
/
Fe2O3（%）
4.61
6~8
1~4
6.91
4.68
SiO2（%）
0.71
1.5
1.0
＜1.0
1.45
CaO（%）
0.9
2.5
2.0
/
/
显气孔率（%）
15.6~17
18.0
14~17
＜17
＜18
体积密度（g/cm3）
2.99
2.90~3.05
2.95~3.10
3.01~3.05
3.0~3.10
常温耐压强度（Mpa）
＞50
55
60
78~89
＞50
荷重软化温度（℃）
ta
＞1700
1600
1700
≥1700
≥1700
tb
/
1700
1700
≥1700
≥1700
热震稳定性（次）
950℃空冷
/
80
100
/
/
1100℃水冷
9~12
/
/
9、9、9
2、6、6
导热系数W/m.k
400℃
3.433
/
3.8
3.609
3.511
700℃
2.857
2.8
2.90
2.908
2.805
1000℃
/
2.6
2.7
/
/
热膨胀率（%）
400℃
0.42
0.4
0.4
0.40
0.41
800℃
0.97
1.1
0.9
0.94
0.94
1200℃
1.61
1.7
1.7
1.69
1.54
2、大型干法水泥窑过渡带用镁铝尖晶石砖理化性能分析。
镁铝尖晶石砖是采用高纯镁砂和合成尖晶石为原料，经高压成型、高温烧成而制成的一种碱性产品。
镁铝尖晶石砖的发展经历了几个阶段，第一个阶段是采用高纯镁砂和α-AL2O3为原料生产的，该产品利用MgO和AL2O3在高温烧成过程中生成部分镁铝尖晶石，该产品被称为第一代尖晶石，但因为产品的强度低，热震不太好而被第二代尖晶石取代，第二代尖晶石是采用高纯MgO、电熔MgO和预合成镁铝尖晶石为主原料生产的，该代产品不仅强度高，而且气孔率低，热震稳定性比较好，但缺点是导热系数比较大，易造成回转窑筒体温度过高，不仅热损失大，而且易使筒体变形。
因此，现在国内外都在研究和推广低导热系数的镁铝尖晶石砖，国外普遍采用第一代尖晶石和第二代尖晶石复合的办法来增加产品中微裂纹的量，从而形成多渠道热传递“屏障”以达到降低镁铝尖晶石砖导热系数的目的。
国内外镁铝尖晶石的理化性能对比表
产
指地
标
奥镁公司产品
（实测值）
雷法公司产品
汇特公司产品
（实测值）
国内某厂（实测值）
MgO（%）
89.44
85~89
86.5688.474.52
76.82
AL2O3（%）
7.92
9~12
10.57
8.65
Fe2O3（%）
1.26
0.5
1.15
1.31
CaO（%）
/
1.0
/
/
SiO2（%）
0.26
0.5
0.75
0.68
显气孔率（%）
15.5~16.5
16~18
15.4~16.1
14.9~16.4
体积密度（g/cm3）
2.91~2.94
2.85~2.95
2.94~2.96
2.92~2.98
常温耐压强度（Mpa）
74~77
＞45
100~114
65~96
荷重软化温度（℃）
ta
1630
＞1700
1700
1700
tb
/
＞1700
/
/
热震稳定性（次）
950℃空冷
/
100
/
/
1100℃水冷
6,7,1
/
10,10,10
5,5,5
导热系数W/m.k
300℃
/
4.0
/
/
400℃
4.023
/
3.949
3.948
700℃
3.125
3.0
3.038
3.071
1000℃
/
2.8
/
/
热膨胀率（%）
400℃
0.39
0.4
0.40
0.41
800℃
0.92
0.90
0.91
0.94
1200℃
1.62
1.50
1.40
1.54
从上表可以看出，国外产品与国内产品在理化性能上基本没有什么差别，从目前国内外产品在4000吨/日产大型干法水泥回转窑过渡带使用效果来看，寿命相当，也就是说，国内产品完全可以取代进口产品。
四．影响水泥窑使用寿命的因素
㈠耐火材料的选择
耐火材料的质量是影响水泥窑寿命的关键因素，大型干法水泥窑与传统水泥窑有很大不同，一是窑径和热负荷大，转速快﹑轮带垫板增大间隙产生过大的椭圆度等，都使碱性砖在使用中受到非常大的应力作用；二是窑在调试和运转中不可避免地会出现开、停，造成窑内温度波动大，使碱性砖不断经受温度变化的考验；三是碱氯硫等挥发性的化合物（CI﹑K2O﹑SO3）在预分系统内不断蒸发∕凝结，反复循环，导致在生熟料中的富集，同时随着替代燃料的使用，工业垃圾及生活垃圾的处理，也增加了K2O﹑Na2O﹑SO3和Cl的浓度，加剧了对耐火材料的侵蚀等。
这些因素都对耐火材料提出了更高要求：
一是其高温强度要大，二是抗热震性能要好，三是高温下的韧性要好（抗剪切应力的能力）；四是产品要致密，气孔率要小，五是砖的表面要平，尺寸偏差要小。
由于国内耐火材料生产厂家的技术水平和装备水品不同，生产出的产品质量也相差较大，因此各水泥厂在选择供货商时一定要实地考察，并进行综合评价，以确保所选产品的质量符合使用要求，而不是单单以价取胜。
㈡耐火材料使用中应注意的事项
1、砌筑是前提
砌筑质量的好坏是能否保证窑正常运转的前提，如果砌筑质量没有保证，势必对窑衬砖的正常使用造成不利影响。
这里需要强调几点：
一是砌砖前的准备工作必须做好，在砌筑前应检查大窑的椭圆度，一般情况下，窑的椭圆度应小于0.4，超过此值应及时采取修补措施加以纠正；二是砌筑时砖与砖之间若出现“点”接触，应少许加火泥找平，以确保砖之间“面”接触；三是砌筑时的膨胀缝留设要规范，碱性耐火材料的砖环之间的膨胀缝一般要留2-3mm（注意采用烟煤和无烟煤做燃料的窑，其膨胀缝留设应有所不同）；四是砌筑托轮部位碱性砖时应采取适当措施，减小托轮对砖衬的挤压应力作用；五是锁逢用钢板的厚度，每环的用量及使用方法应按照要求执行。
2、开停是关键
由于碱性砖的热膨胀系数大，1000℃的膨胀率大约为1-1.2%，文献指出：
“升温至1000℃且砖衬中应力松弛尚未出现，可导致300N/mm2压应力，这相当于十倍普通镁铬砖的结构强度，六倍直接结合镁铬砖、白云石砖和尖晶石砖的结构强度，因此，任何种碱性砖都承受不了”，该文献同时指出，“窑体受热膨胀率可部分补偿衬内的膨胀率达0.2%-0.4%，为1000℃下普通镁铬砖热膨胀率的1/3。
但这是在热平衡条件下发生的作用，故特别在点窑时烘窑速度要慢，使窑体温度缓慢上升，才能发挥窑体的补偿作用”。
这是使用碱性砖的关键所在。
对于以煤粉作燃料且采用火把点火的窑来讲，一是温度不易控制，因为在窑内煤粉能被火把点燃且形成火焰需要一定的浓度，尤其是检修后冷窑点火烘窑时，由于窑内和二次风温度都很低，煤粉燃烧速度和火焰传播速度都较慢，因此着火浓度下限较高，当达到了着火浓度能够点着并形成火焰时，所发出的热量就大大的超过了所需的热量。
温度无法控制，一个小时之
升级会员 