定型耐火材料的發(fā)展

1.1 無(wú)鉻堿性磚技術(shù)的發(fā)展

基于環(huán)境保護(hù)的考慮，為了創(chuàng)造無(wú)鉻綠色耐火材料，經(jīng)國(guó)內(nèi)多加廠家的積極探索與研究，使無(wú)鉻化水泥窯耐火材料的發(fā)展進(jìn)程得到了有效推進(jìn)，并且已有部分產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

① 鎂鐵鋁尖晶石磚(MgO-FeO · Al?O?)

鎂鐵鋁尖晶石磚不僅抗熱震性與掛窯皮性表現(xiàn)良好，而且價(jià)格相對(duì)低廉，熱膨脹與熱導(dǎo)率較低，不會(huì)造成殼體因過(guò)熱而發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致能量損失，因此在現(xiàn)代窯內(nèi)氣氛穩(wěn)定的水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶中得到了廣泛應(yīng)用。此外，鎂鐵鋁尖晶石磚還應(yīng)結(jié)構(gòu)柔韌性表現(xiàn)優(yōu)異而使材料使用壽命得到了有效延長(zhǎng)，其可與水泥熟料反應(yīng)生成 CaO-Al?O?-Fe?O?系化合物，同時(shí) Fe?O?成分的擴(kuò)散又使反應(yīng)部位得到了進(jìn)一步擴(kuò)大，促使窯皮穩(wěn)定性表現(xiàn)更好。與此同時(shí)，磚的結(jié)合組織因 Fe?O?的作用而趨于發(fā)達(dá)，進(jìn)而使其掛窯皮附著性與抗剝落性得到顯著提升。但是不足之處在于，鎂鐵鋁尖晶石磚抗氧化還原性、抗侵蝕性與耐高溫性表現(xiàn)較差，這在一定程度上制約了它的應(yīng)用與發(fā)展。

② 鎂鈣鋯磚(MgO-CaO-ZrO?)

所謂鎂鈣鋯磚，既是在原有配料中加入一定劑量的預(yù)合成鋯酸鈣所形成的鎂鈣鋯磚制品，其不僅抗熱震性與掛窯皮性表現(xiàn)良好，而且高溫強(qiáng)度較大，能夠抵抗硅酸鹽水泥的侵蝕作用，很好的解決了鎂鈣磚易水化的缺點(diǎn)。在1500℃環(huán)境下，鋯酸一鈣(CaO · ZrO?)作為一種非活性化合物存在于界面之上，其并不會(huì)與尖晶石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是對(duì)耐火材料遭受水泥熟料中各化學(xué)成分的滲透起到阻礙作用，從而使鎂鈣鋯磚的耐化學(xué)侵蝕性得到提升;在 1200℃環(huán)境下，氧化鋯(ZrO?)與水泥熟料中的化合物極易發(fā)生反應(yīng)生成熔點(diǎn)較高的鋯酸一鈣(CaO·ZrO?)、鎂硅鈣石(Ca?MgSi?O?)與硅鈣石(CaO·ZrO?、CaSi?O?)，故而使鎂鈣鋯磚抗侵蝕性與掛窯皮性表現(xiàn)優(yōu)良，同時(shí)還可有效抵抗窯內(nèi)氣氛變化，目前在新型干法水泥窯燒成帶中應(yīng)用效果良好，極具推廣前景。

1.2 硅莫磚技術(shù)的發(fā)展

作為一種燒成轉(zhuǎn)，硅莫磚主要礦物組成為碳化硅(SiC)與莫來(lái)石(3Al?O?， 2SiO?)，其是基于傳統(tǒng)高鋁磚技術(shù)的應(yīng)用通過(guò)浸滲碳化硅技術(shù)改進(jìn)而成，故此相比于高鋁磚不僅強(qiáng)度較高，而且還具有碳化硅的耐磨耐腐蝕性能與莫來(lái)石的抗高溫性能。在磚制品中加入碳化硅可形成保護(hù)膜于其表面，以此使制品耐堿性能得到提升的同時(shí)對(duì)碳化硅的進(jìn)一步氧化實(shí)現(xiàn)有效阻止 ;在高溫環(huán)境下，碳化硅可與高鋁礬土熟料發(fā)生反應(yīng)生成莫來(lái)石，以此可使制品強(qiáng)度與密度得到提升，進(jìn)而在抗侵蝕性、耐磨性與熱震穩(wěn)定性方面對(duì)制品形成有效改善。在水泥回轉(zhuǎn)窯的過(guò)渡帶與分解帶方面，傳統(tǒng)配置的抗剝落高鋁磚及磷酸鹽結(jié)合高鋁磚被硅莫磚代替后取得良好的應(yīng)用效果。

基于硅莫磚使用性能的提升，科研人員在加入藍(lán)晶石、硅線石與紅柱石之后，通過(guò)其高溫膨脹性的利用，使制品高溫強(qiáng)度、抗蠕變性與抗熱震穩(wěn)定性得到了明顯提升。添加紅柱石于硅莫磚后所制成的硅莫紅磚抗熱震穩(wěn)定性與耐磨性表現(xiàn)更加優(yōu)越，且在水泥窯中取得了良好的應(yīng)用效果。

不定形耐火材料技術(shù)發(fā)展

2.1 耐火澆注料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)高鋁高強(qiáng)澆注料的應(yīng)用與發(fā)展，窯口澆注料在配方體系上變化極大，其為一種以添加高效減水劑與超微粉為主要特征的高性能低水泥澆注料。在傳統(tǒng)高鋁質(zhì)澆注料配方的基礎(chǔ)上，通過(guò)逐漸演變形成剛玉 - 碳化硅澆注料、紅柱石基低膨脹澆注料以及采用復(fù)合骨料的剛玉 - 莫來(lái)石高強(qiáng)低水泥澆注料。澆注料膨脹系數(shù)的減小，可使高溫環(huán)境下材料內(nèi)應(yīng)力得到有效抑制，進(jìn)而提升其體積穩(wěn)定性與抗熱震性 ;澆注料新配方中加入超微粉及添加劑后，可使?jié)沧⒘系恼w使用性能得到明顯提升，進(jìn)而使其使用壽命由之前的 4~6月延長(zhǎng)至10個(gè)月甚至1年以上。

一直以來(lái)，噴煤管澆注料因使用工況較為苛刻而致使其使用效果難以達(dá)到預(yù)期，這在某種程度上對(duì)水泥窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)形成了一定的制約作用。目前噴煤管澆注料主要為鋁 - 碳化硅系澆注料和剛玉 - 尖晶石澆注料，其中前者在高鋁原料中添加超微粉和碳化硅，碳化硅的加入提高了材料的抗熱震性，并在高溫下在材料表面形成液相層，改善了材料的耐堿性能，大大提高了材料的使用壽命 ;剛玉 - 尖晶石澆注料是在材料中添加 -Al?O?粉和富鋁尖晶石細(xì)粉，具有較高的高溫抗折強(qiáng)度，尖晶石本身具有一定的耐堿性能，在噴煤管上也取得了一定的使用效果。這些新產(chǎn)品新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使噴煤管的使用壽命從之前的3~4個(gè)月提高到目前的 6~8個(gè)月。

2.2 耐火澆注料的預(yù)制化進(jìn)展

預(yù)制化為不定形耐火材料發(fā)展的另一個(gè)主要方向，在生產(chǎn)車(chē)間將各異形部位澆筑成型并烘干后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，該方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆筑低水泥澆注料時(shí)在烘烤過(guò)程中容易出現(xiàn)的爆裂病害可實(shí)現(xiàn)有效避免，使施工不規(guī)范所造成的質(zhì)量問(wèn)題大幅減少，并使耐火材料使用壽命得到提升的同時(shí)有效縮短了施工周期。目前，部分水泥廠在篦冷機(jī)喉部、三次風(fēng)管閘閥、篦冷機(jī)矮墻等部位選擇預(yù)制件替代傳統(tǒng)澆注料，取得了理想的使用效果。基于預(yù)制件維修方便、免于烘烤以及使用效果良好等自身優(yōu)勢(shì)的分析，在以后的發(fā)展中其勢(shì)必會(huì)作為一種獨(dú)特的解決方案而得到廣泛推廣與應(yīng)用。

2.3 不定形耐火材料施工工藝的發(fā)展

相比于傳統(tǒng)工藝，噴涂施工(包括濕法噴涂與干式噴涂?jī)煞N形式)因其機(jī)械化程度較高而顯著提升了施工效率，進(jìn)而為水泥生產(chǎn)企業(yè)以生產(chǎn)周期的壓縮而使經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到顯著提升。采用噴涂工藝施工，其過(guò)程可有效避免人為因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，且產(chǎn)品質(zhì)量表現(xiàn)穩(wěn)定，使耐火材料的使用壽命因此而得到提升。

綜上所述，水泥窯用耐火材料的研究為一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的任務(wù)，在其研究與應(yīng)用歷程中，只有做到生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化控制，方能實(shí)現(xiàn)其多元化發(fā)展方向。