在煅燒水泥用回轉(zhuǎn)窯中采用各種不同種類的不定形耐火材料。在大多說情況下采用高鋁質(zhì)不定形耐火材料及Al2O3-SiC質(zhì)耐火材料。在水泥工業(yè)煅燒用回轉(zhuǎn)窯中廣泛采用具有高密度就碳化硅含量低的高鋁質(zhì)澆注料制作燒嘴及出料端砌塊。為了此種目的的采用抗侵蝕性高的堿性澆注料,但是更經(jīng)常采用的是高純度剛玉質(zhì)澆注料。
為了節(jié)約生產(chǎn)費用,廢料的使用量逐漸增多,因而回轉(zhuǎn)窯的工作條件日益嚴(yán)酷,所以耐火材料制造廠家也集中全力來延長耐火材料的使用壽命。
前言
熾熱的燒結(jié)水泥熟料經(jīng)過燒嘴和出料端向外出料。該部位耐火材料的典型損毀機理如下:
窯燒嘴澆注料損毀的主要因素如下:
— 由于回轉(zhuǎn)窯的輻射熱及冷卻部件的冷空氣造成的熱沖擊導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋和剝落;
— 堿類化合物與水泥熟料之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致形成易熔組分及因耐火材料結(jié)構(gòu)造成的材料分層剝落;
— 熱蒸氣和水泥粉塵的存在導(dǎo)致耐火材料受到磨損和沖刷。
因此,為了延長耐火材料的使用壽命,要求降低熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力,以及形成能夠保護耐火材料不受堿類物質(zhì)侵蝕的微觀結(jié)構(gòu),并且保證材料強度,視使用溫度的變化保持相應(yīng)的穩(wěn)定性。
試驗
為了研究抗堿類物質(zhì)的侵蝕和抗開裂性,向低水泥剛玉質(zhì)澆注料中加入不同數(shù)量的SiC。
隨著SiC含量的增加,高溫強度和彈性模量下降,后者是抗開裂的指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗,選定SiC含量為3a%,它可保證較高的抗裂性。
此外,還通過加入二氧化硅砂的方法來進行阻止堿類物質(zhì)侵入的試驗。
如上所述,采用高鋁質(zhì)剛玉澆注料制成的試樣進行抗堿類物質(zhì)侵蝕性的試驗。試驗結(jié)果表明,在SiC含量為2a%的試驗內(nèi)部出現(xiàn)毛發(fā)狀裂紋;而在SiC含量為3a%的試樣中則無裂紋和結(jié)構(gòu)性缺陷。因此,可以推測,由于二氧化硅砂中所含的易熔組分(熔劑)將澆注料基質(zhì)包覆起來,這樣就阻止了堿類物質(zhì)的侵入。
所開發(fā)材料的性能
根據(jù)試驗結(jié)果,對傳統(tǒng)的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料(SiC含量5%)、高鋁質(zhì)澆注料及開發(fā)的新型澆注料之間的差異做了比較對比。利用下列參數(shù)作為評估的準(zhǔn)則:
—可加工性(液態(tài)流動性及凝固效果);
— 抗堿類物質(zhì)侵蝕性(抗侵蝕性試驗);
— 抗開裂性(彈性模量、空氣冷卻法抗熱震性試驗、常溫耐壓強度與加工溫度的關(guān)系);
— 耐磨性(高溫抗折強度)。
抗開裂性評估
抗沖擊和結(jié)構(gòu)性沖擊是耐火材料內(nèi)襯損毀的主要因素。為了檢測抗熱沖擊的能力,將試樣多次加熱至1400℃,然后迅速冷卻。為了進行定量分析,對彈性模量及強度及溫度之間的關(guān)系做了比較分析。經(jīng)過30min的反復(fù)加熱和冷卻之后,在新型試樣及高鋁質(zhì)試樣上均為發(fā)現(xiàn)有裂紋;而在Al2O3-SiC質(zhì)試樣的表面上卻發(fā)現(xiàn)有許多裂紋。
圖5中示出每個試樣的彈性模量。根據(jù)試驗結(jié)果,兩種傳統(tǒng)材料的試驗顯示了較高的彈性模量值,而新型材料的試樣則顯示出了極低的彈性,這說明后者抗熱沖擊性及抗結(jié)構(gòu)沖擊性良好。根據(jù)取得的結(jié)果可以預(yù)測:加入SiC后,由于形成了相應(yīng)的多孔結(jié)構(gòu),因而延緩了易熔組分的燒結(jié)。
材料強度的變化與溫度之間的關(guān)系。當(dāng)加熱至1000℃及1300℃時,傳統(tǒng)材料試樣的強度曲線比新型材料試樣的曲線更陡些。據(jù)預(yù)測,新型材料試樣具有更高的抗熱開裂性。
3.2 抗堿類物質(zhì)侵蝕性的評估
可以通過抗堿類物質(zhì)侵蝕性的試驗來評估材料的抗堿類物質(zhì)的侵蝕性。首先評估外部狀況和研究試樣截面的平坦程度,然后進行能量分散光譜分析。
根據(jù)研究結(jié)果,高鋁質(zhì)材料試樣出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損毀。據(jù)預(yù)測,堿類物質(zhì)侵入試樣體內(nèi)并形成某些易熔組分,使材料的結(jié)構(gòu)遭到損毀。在Al2O3-SiC質(zhì)試樣中并未發(fā)現(xiàn)裂紋,但出現(xiàn)了較寬的損毀層。另外,未發(fā)現(xiàn)堿類物質(zhì)侵入的跡象,但是觀察到由于試樣與堿類試劑之間發(fā)生而形成的損毀層。
為了更精確的分析,采用能量分散光譜分析方法研究了每個試樣截面的平坦程度,其結(jié)果見表1。
表1 采用能量分散光譜分析法測定的試樣組分/%
抗磨損性的評估
新型澆注料的強度與Al2O3-SiC質(zhì)澆注料的強度近似,而高鋁質(zhì)澆注料的強度則很低?梢灶A(yù)測,新型澆注料能夠成功地抵抗熱水泥熟料和熱空氣的磨損。
工業(yè)試驗結(jié)果
在工業(yè)試驗條件下試驗了含30%SiC的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料。該澆注料的使用壽命顯著延長。在試樣上只發(fā)現(xiàn)少量的毛發(fā)狀裂紋。
材料的試驗結(jié)果報告如下:
K水泥用在燒嘴下部邊緣:
—材料的試驗數(shù)量:3t(向傳統(tǒng)澆注料中加入50%);
H水泥用在燒嘴的邊緣;
— 材料的試驗數(shù)量:1.8t;
— 使用時間:6個月;
— 使用壽命:與傳統(tǒng)澆注料比較,壽命提高50%。
結(jié)論
對新開發(fā)的水泥回轉(zhuǎn)窯燒嘴用的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料進行分析后,可以得出如下結(jié)論:
(1)SiC氧化時所形成的覆蓋保護層,可以抑制堿類物質(zhì)侵入澆注料的結(jié)構(gòu)中。
(2)材料的微觀結(jié)構(gòu)有助于吸收熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力,有利于減少裂紋的形成和分層剝落。
(3)保證在各種不同溫度下的強度穩(wěn)定,可以減少材料的分層剝落。