新型干法水泥窯的堿蝕起因于揮發(fā)性組分的循環(huán)富集，以及堿對(duì)鋁硅質(zhì)耐火材料的侵蝕。
水泥窯使用的原料和燃料中含有K、Cl、S等揮發(fā)性元素，這些揮發(fā)性元素在高溫帶被蒸發(fā)，冷凝在低溫區(qū)的窯料上，經(jīng)預(yù)熱器和電收塵器層層收捕后，又隨窯料進(jìn)入高溫帶再次揮發(fā)，直至達(dá)到平衡。平衡建立后，K2O可富集5倍;SO3可富集3~5倍;Cl可以富集80~100倍。所以，新型干法水泥窯內(nèi)，特別是窯的預(yù)熱系統(tǒng)中窯料的堿含量很高。
K2O可以和鋁硅質(zhì)耐火材料中的SiO2(石英、方石英、鱗石英)、3SiO2·2Al2O3(莫來(lái)石)或剛玉等礦物反應(yīng)，形成鉀長(zhǎng)石、白榴石和鉀霞石。這些反應(yīng)有很大的體積反應(yīng)。反應(yīng)伴隨著很大的膨脹和熱-機(jī)械應(yīng)力，使耐火材料發(fā)生堿裂而損壞。
耐堿磚的耐堿機(jī)理可以根據(jù)K2O-Al2O3-SiO2三元相圖進(jìn)行解釋。
K2O-Al2O3-SiO2三元相圖的莫來(lái)石初晶空間附近存在剛玉、鉀霞石、白榴石、鉀長(zhǎng)石等幾種礦物。由此，不難根據(jù)有關(guān)礦物的分子式和密度推算化學(xué)反應(yīng)的體積效應(yīng)。
K2O分子量等于94.20,反應(yīng)前為氣態(tài)。石英SiO2的分子量為60.09,相對(duì)密度等于2.65。莫來(lái)石3SiO2?2A12O3的分子景為426.06，相對(duì)密度等于3.03。鉀長(zhǎng)石K2O?A12O3?6SiO2的分子量為556.70,相對(duì)密度等于2.57。白榴石K2O?Al2O3?4SiO2的分子量為436.52,相對(duì)密度等于2.47。鉀霞石K2O?Al2O3?2SiO2的分子最為316.34,相對(duì)密度等于2.59。由此不難推算出，氧化鋁含量越高、氧化硅含量越低，生成物的鋁硅比越大，化學(xué)反應(yīng)伴隨的膨脹越大。如果其他條件相同，氧化鋁含量越高，也就越容易發(fā)生堿裂。
其次，看一下有關(guān)物系的三相共存溫度。石英-莫來(lái)石鉀長(zhǎng)石系統(tǒng)三相共存點(diǎn)的溫度為985℃;莫來(lái)石-鉀長(zhǎng)石-白榴石三相共存點(diǎn)的溫度為1140℃;莫來(lái)石-白榴石-剛玉三相共存點(diǎn)的溫度則高達(dá)1315℃。隨氧化鋁含量增高，出現(xiàn)液相的溫度增高，堿蝕反應(yīng)伴隨的膨脹應(yīng)力難以被松弛，堿蝕的危害增大。
所以，鋁硅質(zhì)耐火材料中氧化鋁含量越高、氧化硅含量越低，堿蝕反應(yīng)式(1)?式(3)所生成三元化合物的鋁硅比越小，不僅反應(yīng)伴隨的膨脹大，而且產(chǎn)生的應(yīng)力又不容易被松弛。所以，鋁硅質(zhì)耐火材料的氧化鋁含量越高，也就越?jīng)]有耐堿性。圖2顯示了氧化物含量對(duì)耐堿性的影響。
氧化鋁含量50%的樣品受到嚴(yán)重堿侵蝕，試樣幾乎崩潰;氧化鋁含量40%的試樣受到侵蝕小得多，試樣僅發(fā)生了不大的膨脹;氧化鋁含量30%的受到的侵蝕最為輕微，膨脹很小。氧化鋁含量>35%以后，耐堿性就可能受到影響。氧化鋁含量<25%以后，不僅耐髙溫性能不佳，且因試樣含有過(guò)多石英類(lèi)物質(zhì)，熱震穩(wěn)定性也受到影響。一般情況下，耐堿磚氧化鋁含量的下限為25%，上限為40%。
水泥窯用系列耐堿磚是中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院于20世紀(jì)80年代研制的耐火材料。至今，水泥窯用耐堿磚的理化性能沒(méi)有太大變化.
普通耐堿磚是采用燒結(jié)法制備的標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品。髙強(qiáng)型是采用磷酸結(jié)合制備的不燒制品。該制品的耐壓強(qiáng)度和抗熱震性很好。耐壓強(qiáng)度下限為60MPa,熱震穩(wěn)定性下限25次，都明顯高于普通耐堿磚。但是，高強(qiáng)型制品的耐火度和荷重軟化溫度較低。隔熱型耐堿磚就是氣化鋁含量25%?40%的隔熱磚。拱頂型耐堿磚的氧化鋁含量稍高，因而具有稍高一點(diǎn)的荷重軟化溫度和耐壓強(qiáng)度指標(biāo)。
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