隨著水泥工業(yè)技術的不斷進步,水泥廠用耐火材料的品種和質量也得到了顯著的發(fā)展,近年來在定形耐火材料和不定形耐火材料方面均不斷涌現出新的產品與新的技術,并且都取得了良好的使用效果。在無鉻堿性磚的開發(fā)上,我國已自主開發(fā)出多品種性能優(yōu)良、可替代鎂鉻磚使用的產品。不定形耐火材料方面,應用于水泥廠的品種日益增多,澆注料、噴涂料、可塑料均在水泥廠上得到了廣泛的應用。預制件的產生,兼具了定形和不定形耐火材料的優(yōu)點,在降低能耗的同時又節(jié)省了施工時間。河南耐火材料廠對國內近年來在水泥廠用耐火材料——定形和不定形兩大類的開發(fā)和應用上取得的進展進行了綜述,供參考。
1定形耐火材料
1.1鎂鉻磚(MgO-Cr2O3)?
鎂鉻磚是以MgO和Cr2O3為主要成分,具有耐火度高、高溫強度大、抗渣侵蝕性強、抗熱震性優(yōu)良、掛窯皮性能好及低的熱導率等一系列優(yōu)點,是水泥廠燒成帶上廣泛使用的耐火材料。
以輕燒鎂粉、鉻礦、印度鉻礦、菱鎂石、燒結鎂砂和電熔鎂砂為原料,引入適量添加劑,預先合成優(yōu)質鎂鉻料,制備出高溫性能優(yōu)良的直接結合MgO-Cr2O3磚。結果表明,在MgO-Cr2O3磚中引入合理的添加劑,能夠降低材料的顯氣孔率,改善材料的抗熱震性能,提高材料的抗渣侵蝕性。隨著添加劑的分解,在MgO-Cr2O3磚內部形成了近似球形氣孔,而在這些球形氣孔周圍,方鎂石和鉻鐵礦粒子介于CaO·MgO·SiO(2CMS)晶界的中間而連續(xù)存在著,當材料受到由于熱震引起的內應力時,近似球形氣孔周圍的CMS引起了該材料的塑性變形,使內應力發(fā)生延遲,即使產生了裂紋也因這種球形氣孔而阻止了裂紋的擴展或者明顯降低了裂紋擴展的速度,因此這種結構對改善耐火材料的抗熱震性具有重要意義。
鎂鉻磚雖由于性能優(yōu)良而被廣泛應用于燒成帶,然而其在使用工程中,Cr3+轉化為了有毒且溶于水的Cr6+,以K2CrO4形式存在,這會對人體造成危害,同時也會造成環(huán)境污染和地下水污染等問題。鎂鉻磚進行解毒方法是:可將用后鎂鉻磚投入到水池中,使磚中的Cr6+溶于水中,待溶液中的Cr6+飽和后,再把殘磚投入另一水池。經第二水池處理后,再投入第三水池。這樣,可將殘磚中的Cr6+基本溶出。然后在水池中加入FeSO4或MnSO4,再加入堿液調整溶液的pH=8~9,在缺氧及常溫條件下,使被還原金屬離子呈膠狀氫氧化物沉淀(Cr(OH)3,Fe(OH)3,Fe(OH)2)而被除去。沉淀后的上層清液可重復使用或排放。用后鎂鉻磚雖經過上述方法處理后可使Cr6+還原成Cr3+,但從經濟效益以及環(huán)境保護的角度綜合考慮,建議在能不使用鎂鉻磚的情況下盡量不使用,但水泥廠欲實現完全無鉻化尚需時間。
1.2鎂鋁尖晶石磚(MgO-MgO·Al2O3)
鎂鋁尖晶石磚具有良好的高溫性能、抗熱震性和抗剝落性好等特點;但同時鎂鋁尖晶石磚也存在抗CaO侵蝕性差、掛窯皮性能較差、導熱率高等不利因素。
為了解決鎂鋁尖晶石磚的這些不利因素,通過在鎂鋁尖晶石磚中引入含鐵添加劑和ZrO2,La2O3,改善了鎂鋁尖晶石磚存在的不足,提高了產品的性能。以燒結鎂砂、鎂鋁尖晶石粉和亞硫酸紙漿廢液為主要原料,制備出方鎂石—尖晶石磚,并在其中分別引入三種含鐵添加劑,研究了這些含鐵添加劑對鎂鋁尖晶石磚性能的影響。結果表明:含有不同含鐵添加劑的試樣與未含含鐵添加劑的試樣相比,具有較低的顯氣孔率,較高的體積密度和常溫耐壓強度
1.3鎂鐵鋁尖晶石磚(MgO-FeO·Al2O3)
鎂鐵鋁尖晶石磚具有抗熱震性好,掛窯皮性能好等特點。鎂鐵鋁尖晶石磚具有低熱膨脹和低熱導率,不會導致殼體的過熱變形,造成能量損失。鎂鐵鋁尖晶石磚還具有優(yōu)異的結構柔韌性,可以延長材料的使用壽命。研究鐵鋁尖晶石的活化效應表明:Fe2+擴散進入周邊的MgO基質中,同時部分Mg2+擴散進入FeAl2O4顆粒,與FeAl2O4分解殘留的Al2O3反應生成MgAl2O4,這一反應伴隨的體積膨脹導致了微裂紋的產生。這些離子的活化作用在高溫下是持續(xù)進行的,對提高材料的柔韌性起著重要的作用。
以菱鎂石和鐵鱗預先合成高鐵鎂砂,礬土和鐵鱗預先合成鐵鋁尖晶石,然后再以這些合成料和亞硫酸紙漿廢液為原料,制備出適用于燒成帶的鎂鐵鋁尖晶石磚。結果表明:隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加,材料的常溫耐壓強度和黏結強度均先增大后減小,當加入量w(鐵鋁尖晶石)=7%時,材料的常溫耐壓強度和黏結強度均出現最大值。將研制的該磚與燒成帶現用的直接結合鎂鉻磚進行對比,結果表明:該磚顯氣孔率低于鎂鉻磚,體積密度、常溫抗折強度和耐壓強度均高于鎂鉻磚,抗熱震性優(yōu)于鎂鉻磚,黏掛窯皮性能與鎂鉻磚相近。
1.4鎂鈣磚(MgO-CaO)
鎂鈣磚具有耐高溫、抗CaO侵蝕、易掛牢窯皮和抗還原氣氛侵蝕等眾多優(yōu)點,但鎂鈣磚在貯存和停窯期間易吸潮水化、抗酸性氣體的侵蝕能力和抗熱震性差,適用于有穩(wěn)定窯皮保護的區(qū)域。
對比了鎂鈣磚、鎂鋁尖晶石磚、直接結合鎂鉻磚的高溫性能,結果表明:3種磚的剛性模量和抗剪強度以及在發(fā)生快速流動的溫度范圍內的流動量大小依次均為:鎂鈣磚>鎂鋁尖晶石磚>直接結合鎂鉻磚。
鎂鈣磚有著眾多優(yōu)點,目前的研究熱點仍是如何解決其易吸潮水化問題。現在使用的鎂鈣磚還只是適用于有穩(wěn)定窯皮保護的區(qū)域,若能解決其易吸潮水化問題,則鎂鈣磚會有更加廣泛的應用空間
1.5鎂鈣鋯磚(MgO-CaO-ZrO2)
鎂鈣鋯磚具有抗硅酸鹽水泥侵蝕性強,以及高溫強度大、掛窯皮性好、抗熱震性好等優(yōu)點,解決了鎂鈣磚易水化的缺點。
別以電熔鎂砂、燒結鎂砂、石灰石、鋯英石和外加劑為原料,研制出鎂鈣鋯磚。結果表明:MgO-CaO-ZrO2磚的主晶相為方鎂石、鋯酸鈣、硅酸二鈣和硅酸三鈣。隨著鋯英石加入量的增大,材料的顯氣孔率降低,體積密度增大,常溫耐壓強度增大。隨著TiO2加入量的增大,材料表現出相同的變化規(guī)律。此外,研制的這種鎂鈣鋯磚與水泥熟料的黏附性優(yōu)于鎂鉻磚的。鋯的加入形式和加入量對MgO-CaO-ZrO2材料的影響表明:隨著m-ZrO(2單斜ZrO2)加入量的增加,材料的體積密度先增大后減小再增大,但隨著鋯英石加入量的增加,材料的體積密度減小。加入m-ZrO2或鋯英石后,材料的抗熱震性均得到改善。加入鋯英石會明顯提高材料的抗水化性,但加入m-ZrO2對提高材料的抗水化性不明顯。
1.6硅莫磚(SiC-3Al2O3·2SiO2)
硅莫磚具有荷重軟化溫度高、抗熱震性、抗侵蝕性和耐磨性優(yōu)良等特點,主要應用于次燒成帶、過渡帶和冷卻帶等部位。
以礬土、棕剛玉、碳化硅、廣西白泥、紅柱石為原料,以紙漿廢液為結合劑,研制出過渡帶用特種硅莫磚。結果表明:隨著紅柱石加入量的增加,材料的顯氣孔率降低,常溫耐壓強度和體積密度均增大,抗熱震性和耐磨性提高。當加入量w(紅柱石)=6%時,材料的綜合性能最佳。將研制的硅莫磚應用于河南某水泥企業(yè)的上過渡帶及下過渡帶,使用結果表明:材料未出現剝落、爆頭現象,具有較高的耐堿侵蝕性,抗熱震性良好,使用壽命在一年以上。此外,該磚具有較低的導熱系數,使窯筒體具有較低的外表面溫度,節(jié)能效果明顯。
2不定形耐火材料
不定形耐火材料也稱為第二代耐火材料,特點是不經燒成工序,成型烘烤后即可使用。同耐火磚相比,具有生產工藝簡單、節(jié)約能源、成本相對較低、可機械化施工且施工效率高、適宜于復雜構型的襯體施工和修補等特點。不定形耐火材料可通過澆注、噴涂、搗打等方式施工,制成無接縫的襯體,避免了夾帶灰塵的熱氣流通過傳統(tǒng)用的耐火磚的縫隙鉆入襯體內造成的襯體坍塌,所以亦稱整體耐火材料。在某些熱工設備上使用效果比耐火磚好。
2.1澆注料
澆注料是一種由耐火原料加入一定量結合劑制成的粒狀和粉狀不定形耐火材料,加水攪拌后具有良好的流動性,廣泛應用于冶金、水泥、石油和化工等行業(yè)[28-30],在水泥廠中主要應用在預熱器、前后窯口、下料管、三次風管及分解爐、篦冷機以及一些形狀復雜難以砌磚的部位。
以礬土、SiO2微粉和鋁酸鈣水泥為原料,外加減水劑,研制出水泥廠用低水泥澆注料。結果表明:隨著熱處理溫度的提高,該料的體積密度先減小后不變再增大,線收縮率先增大后減小再增大,常溫抗折強度和耐壓強度先增大后減小再增大,并且該料具有良好的耐磨性能和抗熱震性能,適用于對耐磨性有要求及溫度冷熱變換的襯里部位。該產品已得到廣泛應用,在水泥廠的窯口部位取得了良好的使用效果。
水泥廠用耐火澆注料在使用中的非正常損壞原因,指出具體原因有:
(1)由于扒釘在焊點處開焊,造成錨固件的脫落,最終導致澆注料成片脫落。
(2)澆注料的抗熱震性差,持續(xù)的周期性溫度變化導致澆注料熱疲勞損壞。
(3)沒有按照規(guī)定的施工要求進行施工操作,具體表現為:1、為了便于施工,加水量明顯偏大,造成材料的強度降低;2、沒有預留膨脹縫,導致升溫時產生很大的膨脹力;3、施工結束后立即點火,沒有養(yǎng)護和烘爐過程,造成澆注料因溫度急劇上升導致爆裂、剝落,產生大面積脫落。
(4)窯的不正常操作。
針對以上這些導致材料損壞的原因,提出了解決措施:(1)選擇與窯設備護鐵材質一樣的錨固件和焊條,并盡量采用焊點多的單個錨固件或增加焊點長度,提高焊接牢固度。(2)采用抗熱震性好的澆注料。(3)提稿澆注料質量,提高熱容量,降低溫度波動變化量。(4)提高施工質量,嚴格按照澆注料的施工說明操作。張芝蘭[41]也介紹了幾種在大型水泥廠實際應用中取得理想效果的錨固件,具體有錨固座系統(tǒng)與錨固磚,Y形、V形、U形扒釘以及錨固磚和扒釘共同作為錨固件形成澆注料網狀骨架的結構形式。
2.2噴涂料
噴涂料是一種利用氣動工具以機械噴射方法施工的不定形耐火材料,具有工期短、效率高和強度高等特點。
以焦寶石、鋁礬土、棕剛玉、藍晶石、Al2O3微粉、SiO2微粉和鋁酸鈣水泥為原料,通過在施工時添加急結劑,制備出施工時不產生粉塵的濕法噴涂料,并將該料應用于水泥廠篦冷機部位。使用結果表明:該料施工時現場環(huán)境優(yōu)良,不產生粉塵;該料使用效果良好,未發(fā)生損壞現象。
2.3可塑料
可塑料是由一定級配的耐火骨料、黏土細粉、水及化學結合劑按照一定比例經過充分混練而成的泥坯狀或泥團狀的具有一定黏性和可塑性的不定形耐火材料,具有良好的抗熱震性以及良好的耐剝落性和耐腐蝕性。國內的可塑料通常是以搗打的方式進行施工,并且多用于冶金行業(yè),作為內襯材料使用,在水泥行業(yè)應用較少。日本的一項研究表明,在預熱器和旋風除塵器內筒安裝部位以及進料口部位以噴涂可塑料作為內襯材料。使用結果表明:使用1年半后,未發(fā)現有明顯的蝕損和脫落等現象,仍保持良好的狀態(tài),并且尚在繼續(xù)使用中。國內方面,以電熔剛玉、SiC、廣西泥和SiO2微粉為原料,以磷酸二氫鋁為結合劑,制備出應用于大型干法水泥回轉窯純低溫余熱發(fā)電用耐磨可塑搗打料。使用結果表明:該料保溫性能好,強度高,耐磨性優(yōu)良,使用壽命最長可達5年。
3預制件
預制件是一種介于定形和不定形耐火材料之間的一種產品,是將不定形耐火材料定形化,兼具定形和不定形耐火材料的優(yōu)點,是不定形耐火材料施工和應用技術發(fā)展的一個新方向。預制件只需在成型后經過較低溫度的熱處理,然后在現場拼裝組合后即可投入使用,目前主要應用在篦冷機喉部、篦冷機矮墻、三次風閘閥和窯尾煙室等部位。
預制件與澆注料相比體現的優(yōu)點在于:耐壓強度高;抗熱震性好;耐磨損性優(yōu);節(jié)省砌筑時間;節(jié)省養(yǎng)護、烘烤時間;不受環(huán)境溫度限制;便于更換拆裝;更長的儲存期以及更長的使用壽命。
我國在水泥廠用耐火材料的研發(fā)上已經取得了一定的成績,但是隨著水泥工業(yè)新技術的不斷涌現,這就需要耐火材料也要隨之發(fā)展,來適應新的工作環(huán)境。例如:近年來新出現的替代燃料技術,即把一些工業(yè)廢料作為燃料使用或者利用余熱技術等,水泥工業(yè)使用這種替代燃料不但節(jié)約了資源,而且還保護了環(huán)境。但同時這些替代燃料的使用也會使水泥廠內堿、氯、硫含量增加,加劇了對耐火材料的損毀。因此這就需要耐火材料行業(yè)與時俱進,與新技術配套使用的耐火材料的研制工作顯得極為重要。預計今后水泥廠用耐火材料將繼續(xù)向無鉻化、環(huán)?；较虬l(fā)展,不定形耐火材料所占的比例將會繼續(xù)加大,耐火材料在種類上會不斷推陳出新,品質上會取得更大的突破和發(fā)展。耐火材料技術的不斷更新會為水泥工業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎,二者相輔相成,共同發(fā)展。
1定形耐火材料
1.1鎂鉻磚(MgO-Cr2O3)?
鎂鉻磚是以MgO和Cr2O3為主要成分,具有耐火度高、高溫強度大、抗渣侵蝕性強、抗熱震性優(yōu)良、掛窯皮性能好及低的熱導率等一系列優(yōu)點,是水泥廠燒成帶上廣泛使用的耐火材料。
以輕燒鎂粉、鉻礦、印度鉻礦、菱鎂石、燒結鎂砂和電熔鎂砂為原料,引入適量添加劑,預先合成優(yōu)質鎂鉻料,制備出高溫性能優(yōu)良的直接結合MgO-Cr2O3磚。結果表明,在MgO-Cr2O3磚中引入合理的添加劑,能夠降低材料的顯氣孔率,改善材料的抗熱震性能,提高材料的抗渣侵蝕性。隨著添加劑的分解,在MgO-Cr2O3磚內部形成了近似球形氣孔,而在這些球形氣孔周圍,方鎂石和鉻鐵礦粒子介于CaO·MgO·SiO(2CMS)晶界的中間而連續(xù)存在著,當材料受到由于熱震引起的內應力時,近似球形氣孔周圍的CMS引起了該材料的塑性變形,使內應力發(fā)生延遲,即使產生了裂紋也因這種球形氣孔而阻止了裂紋的擴展或者明顯降低了裂紋擴展的速度,因此這種結構對改善耐火材料的抗熱震性具有重要意義。
鎂鉻磚雖由于性能優(yōu)良而被廣泛應用于燒成帶,然而其在使用工程中,Cr3+轉化為了有毒且溶于水的Cr6+,以K2CrO4形式存在,這會對人體造成危害,同時也會造成環(huán)境污染和地下水污染等問題。鎂鉻磚進行解毒方法是:可將用后鎂鉻磚投入到水池中,使磚中的Cr6+溶于水中,待溶液中的Cr6+飽和后,再把殘磚投入另一水池。經第二水池處理后,再投入第三水池。這樣,可將殘磚中的Cr6+基本溶出。然后在水池中加入FeSO4或MnSO4,再加入堿液調整溶液的pH=8~9,在缺氧及常溫條件下,使被還原金屬離子呈膠狀氫氧化物沉淀(Cr(OH)3,Fe(OH)3,Fe(OH)2)而被除去。沉淀后的上層清液可重復使用或排放。用后鎂鉻磚雖經過上述方法處理后可使Cr6+還原成Cr3+,但從經濟效益以及環(huán)境保護的角度綜合考慮,建議在能不使用鎂鉻磚的情況下盡量不使用,但水泥廠欲實現完全無鉻化尚需時間。
1.2鎂鋁尖晶石磚(MgO-MgO·Al2O3)
鎂鋁尖晶石磚具有良好的高溫性能、抗熱震性和抗剝落性好等特點;但同時鎂鋁尖晶石磚也存在抗CaO侵蝕性差、掛窯皮性能較差、導熱率高等不利因素。
為了解決鎂鋁尖晶石磚的這些不利因素,通過在鎂鋁尖晶石磚中引入含鐵添加劑和ZrO2,La2O3,改善了鎂鋁尖晶石磚存在的不足,提高了產品的性能。以燒結鎂砂、鎂鋁尖晶石粉和亞硫酸紙漿廢液為主要原料,制備出方鎂石—尖晶石磚,并在其中分別引入三種含鐵添加劑,研究了這些含鐵添加劑對鎂鋁尖晶石磚性能的影響。結果表明:含有不同含鐵添加劑的試樣與未含含鐵添加劑的試樣相比,具有較低的顯氣孔率,較高的體積密度和常溫耐壓強度
1.3鎂鐵鋁尖晶石磚(MgO-FeO·Al2O3)
鎂鐵鋁尖晶石磚具有抗熱震性好,掛窯皮性能好等特點。鎂鐵鋁尖晶石磚具有低熱膨脹和低熱導率,不會導致殼體的過熱變形,造成能量損失。鎂鐵鋁尖晶石磚還具有優(yōu)異的結構柔韌性,可以延長材料的使用壽命。研究鐵鋁尖晶石的活化效應表明:Fe2+擴散進入周邊的MgO基質中,同時部分Mg2+擴散進入FeAl2O4顆粒,與FeAl2O4分解殘留的Al2O3反應生成MgAl2O4,這一反應伴隨的體積膨脹導致了微裂紋的產生。這些離子的活化作用在高溫下是持續(xù)進行的,對提高材料的柔韌性起著重要的作用。
以菱鎂石和鐵鱗預先合成高鐵鎂砂,礬土和鐵鱗預先合成鐵鋁尖晶石,然后再以這些合成料和亞硫酸紙漿廢液為原料,制備出適用于燒成帶的鎂鐵鋁尖晶石磚。結果表明:隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加,材料的常溫耐壓強度和黏結強度均先增大后減小,當加入量w(鐵鋁尖晶石)=7%時,材料的常溫耐壓強度和黏結強度均出現最大值。將研制的該磚與燒成帶現用的直接結合鎂鉻磚進行對比,結果表明:該磚顯氣孔率低于鎂鉻磚,體積密度、常溫抗折強度和耐壓強度均高于鎂鉻磚,抗熱震性優(yōu)于鎂鉻磚,黏掛窯皮性能與鎂鉻磚相近。
1.4鎂鈣磚(MgO-CaO)
鎂鈣磚具有耐高溫、抗CaO侵蝕、易掛牢窯皮和抗還原氣氛侵蝕等眾多優(yōu)點,但鎂鈣磚在貯存和停窯期間易吸潮水化、抗酸性氣體的侵蝕能力和抗熱震性差,適用于有穩(wěn)定窯皮保護的區(qū)域。
對比了鎂鈣磚、鎂鋁尖晶石磚、直接結合鎂鉻磚的高溫性能,結果表明:3種磚的剛性模量和抗剪強度以及在發(fā)生快速流動的溫度范圍內的流動量大小依次均為:鎂鈣磚>鎂鋁尖晶石磚>直接結合鎂鉻磚。
鎂鈣磚有著眾多優(yōu)點,目前的研究熱點仍是如何解決其易吸潮水化問題。現在使用的鎂鈣磚還只是適用于有穩(wěn)定窯皮保護的區(qū)域,若能解決其易吸潮水化問題,則鎂鈣磚會有更加廣泛的應用空間
1.5鎂鈣鋯磚(MgO-CaO-ZrO2)
鎂鈣鋯磚具有抗硅酸鹽水泥侵蝕性強,以及高溫強度大、掛窯皮性好、抗熱震性好等優(yōu)點,解決了鎂鈣磚易水化的缺點。
別以電熔鎂砂、燒結鎂砂、石灰石、鋯英石和外加劑為原料,研制出鎂鈣鋯磚。結果表明:MgO-CaO-ZrO2磚的主晶相為方鎂石、鋯酸鈣、硅酸二鈣和硅酸三鈣。隨著鋯英石加入量的增大,材料的顯氣孔率降低,體積密度增大,常溫耐壓強度增大。隨著TiO2加入量的增大,材料表現出相同的變化規(guī)律。此外,研制的這種鎂鈣鋯磚與水泥熟料的黏附性優(yōu)于鎂鉻磚的。鋯的加入形式和加入量對MgO-CaO-ZrO2材料的影響表明:隨著m-ZrO(2單斜ZrO2)加入量的增加,材料的體積密度先增大后減小再增大,但隨著鋯英石加入量的增加,材料的體積密度減小。加入m-ZrO2或鋯英石后,材料的抗熱震性均得到改善。加入鋯英石會明顯提高材料的抗水化性,但加入m-ZrO2對提高材料的抗水化性不明顯。
1.6硅莫磚(SiC-3Al2O3·2SiO2)
硅莫磚具有荷重軟化溫度高、抗熱震性、抗侵蝕性和耐磨性優(yōu)良等特點,主要應用于次燒成帶、過渡帶和冷卻帶等部位。
以礬土、棕剛玉、碳化硅、廣西白泥、紅柱石為原料,以紙漿廢液為結合劑,研制出過渡帶用特種硅莫磚。結果表明:隨著紅柱石加入量的增加,材料的顯氣孔率降低,常溫耐壓強度和體積密度均增大,抗熱震性和耐磨性提高。當加入量w(紅柱石)=6%時,材料的綜合性能最佳。將研制的硅莫磚應用于河南某水泥企業(yè)的上過渡帶及下過渡帶,使用結果表明:材料未出現剝落、爆頭現象,具有較高的耐堿侵蝕性,抗熱震性良好,使用壽命在一年以上。此外,該磚具有較低的導熱系數,使窯筒體具有較低的外表面溫度,節(jié)能效果明顯。
2不定形耐火材料
不定形耐火材料也稱為第二代耐火材料,特點是不經燒成工序,成型烘烤后即可使用。同耐火磚相比,具有生產工藝簡單、節(jié)約能源、成本相對較低、可機械化施工且施工效率高、適宜于復雜構型的襯體施工和修補等特點。不定形耐火材料可通過澆注、噴涂、搗打等方式施工,制成無接縫的襯體,避免了夾帶灰塵的熱氣流通過傳統(tǒng)用的耐火磚的縫隙鉆入襯體內造成的襯體坍塌,所以亦稱整體耐火材料。在某些熱工設備上使用效果比耐火磚好。
2.1澆注料
澆注料是一種由耐火原料加入一定量結合劑制成的粒狀和粉狀不定形耐火材料,加水攪拌后具有良好的流動性,廣泛應用于冶金、水泥、石油和化工等行業(yè)[28-30],在水泥廠中主要應用在預熱器、前后窯口、下料管、三次風管及分解爐、篦冷機以及一些形狀復雜難以砌磚的部位。
以礬土、SiO2微粉和鋁酸鈣水泥為原料,外加減水劑,研制出水泥廠用低水泥澆注料。結果表明:隨著熱處理溫度的提高,該料的體積密度先減小后不變再增大,線收縮率先增大后減小再增大,常溫抗折強度和耐壓強度先增大后減小再增大,并且該料具有良好的耐磨性能和抗熱震性能,適用于對耐磨性有要求及溫度冷熱變換的襯里部位。該產品已得到廣泛應用,在水泥廠的窯口部位取得了良好的使用效果。
水泥廠用耐火澆注料在使用中的非正常損壞原因,指出具體原因有:
(1)由于扒釘在焊點處開焊,造成錨固件的脫落,最終導致澆注料成片脫落。
(2)澆注料的抗熱震性差,持續(xù)的周期性溫度變化導致澆注料熱疲勞損壞。
(3)沒有按照規(guī)定的施工要求進行施工操作,具體表現為:1、為了便于施工,加水量明顯偏大,造成材料的強度降低;2、沒有預留膨脹縫,導致升溫時產生很大的膨脹力;3、施工結束后立即點火,沒有養(yǎng)護和烘爐過程,造成澆注料因溫度急劇上升導致爆裂、剝落,產生大面積脫落。
(4)窯的不正常操作。
針對以上這些導致材料損壞的原因,提出了解決措施:(1)選擇與窯設備護鐵材質一樣的錨固件和焊條,并盡量采用焊點多的單個錨固件或增加焊點長度,提高焊接牢固度。(2)采用抗熱震性好的澆注料。(3)提稿澆注料質量,提高熱容量,降低溫度波動變化量。(4)提高施工質量,嚴格按照澆注料的施工說明操作。張芝蘭[41]也介紹了幾種在大型水泥廠實際應用中取得理想效果的錨固件,具體有錨固座系統(tǒng)與錨固磚,Y形、V形、U形扒釘以及錨固磚和扒釘共同作為錨固件形成澆注料網狀骨架的結構形式。
2.2噴涂料
噴涂料是一種利用氣動工具以機械噴射方法施工的不定形耐火材料,具有工期短、效率高和強度高等特點。
以焦寶石、鋁礬土、棕剛玉、藍晶石、Al2O3微粉、SiO2微粉和鋁酸鈣水泥為原料,通過在施工時添加急結劑,制備出施工時不產生粉塵的濕法噴涂料,并將該料應用于水泥廠篦冷機部位。使用結果表明:該料施工時現場環(huán)境優(yōu)良,不產生粉塵;該料使用效果良好,未發(fā)生損壞現象。
2.3可塑料
可塑料是由一定級配的耐火骨料、黏土細粉、水及化學結合劑按照一定比例經過充分混練而成的泥坯狀或泥團狀的具有一定黏性和可塑性的不定形耐火材料,具有良好的抗熱震性以及良好的耐剝落性和耐腐蝕性。國內的可塑料通常是以搗打的方式進行施工,并且多用于冶金行業(yè),作為內襯材料使用,在水泥行業(yè)應用較少。日本的一項研究表明,在預熱器和旋風除塵器內筒安裝部位以及進料口部位以噴涂可塑料作為內襯材料。使用結果表明:使用1年半后,未發(fā)現有明顯的蝕損和脫落等現象,仍保持良好的狀態(tài),并且尚在繼續(xù)使用中。國內方面,以電熔剛玉、SiC、廣西泥和SiO2微粉為原料,以磷酸二氫鋁為結合劑,制備出應用于大型干法水泥回轉窯純低溫余熱發(fā)電用耐磨可塑搗打料。使用結果表明:該料保溫性能好,強度高,耐磨性優(yōu)良,使用壽命最長可達5年。
3預制件
預制件是一種介于定形和不定形耐火材料之間的一種產品,是將不定形耐火材料定形化,兼具定形和不定形耐火材料的優(yōu)點,是不定形耐火材料施工和應用技術發(fā)展的一個新方向。預制件只需在成型后經過較低溫度的熱處理,然后在現場拼裝組合后即可投入使用,目前主要應用在篦冷機喉部、篦冷機矮墻、三次風閘閥和窯尾煙室等部位。
預制件與澆注料相比體現的優(yōu)點在于:耐壓強度高;抗熱震性好;耐磨損性優(yōu);節(jié)省砌筑時間;節(jié)省養(yǎng)護、烘烤時間;不受環(huán)境溫度限制;便于更換拆裝;更長的儲存期以及更長的使用壽命。
我國在水泥廠用耐火材料的研發(fā)上已經取得了一定的成績,但是隨著水泥工業(yè)新技術的不斷涌現,這就需要耐火材料也要隨之發(fā)展,來適應新的工作環(huán)境。例如:近年來新出現的替代燃料技術,即把一些工業(yè)廢料作為燃料使用或者利用余熱技術等,水泥工業(yè)使用這種替代燃料不但節(jié)約了資源,而且還保護了環(huán)境。但同時這些替代燃料的使用也會使水泥廠內堿、氯、硫含量增加,加劇了對耐火材料的損毀。因此這就需要耐火材料行業(yè)與時俱進,與新技術配套使用的耐火材料的研制工作顯得極為重要。預計今后水泥廠用耐火材料將繼續(xù)向無鉻化、環(huán)?；较虬l(fā)展,不定形耐火材料所占的比例將會繼續(xù)加大,耐火材料在種類上會不斷推陳出新,品質上會取得更大的突破和發(fā)展。耐火材料技術的不斷更新會為水泥工業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎,二者相輔相成,共同發(fā)展。
