淺談新型干法水泥回轉窯內襯材料的技術發(fā)展趨勢

　　1、內襯材料的發(fā)展

　　根據(jù)新型干法水泥回轉窯的煅燒特點，在窯內大量地使用堿性磚。上世紀60年代和70年代，水泥窯燃料主要為燃油，從過渡帶至燒成帶均采用鎂鉻磚，80年代起，因燃油價格上漲，燃煤逐步取代燃油，此時發(fā)現(xiàn)在原料中堿硫含量較高的窯上過渡帶鎂鉻磚使用周期遠較燒成帶鎂鉻磚的使用周期短，此時，適宜于過濾帶工況條件的尖晶石鎂磚逐步在過渡帶得到應用。80年代中期，部份工業(yè)化國家和地區(qū)限制6價鉻公害加速了此進程。進入90年代，因環(huán)保需求和價格更為便宜的工業(yè)廢燃料逐步取代燃煤，對耐火襯料提出更為苛刻的技術需求，促進了各種堿性磚的發(fā)展。

　　2、各種堿性磚的技術發(fā)展過程

      新型干法水泥回轉窯所用的堿性磚有4種，即鎂鉻磚、尖晶石鎂磚、白云石磚、鎂鋯磚。分別介紹其發(fā)展過程。

　　2.1鎂鉻磚

　　鎂鉻磚是從冶金工業(yè)平爐引進的，早期為硅酸鹽結合鎂鉻磚，性能較差，適應不了新型干法窯熟料液相和堿氯硫等有害成份的化學侵蝕，機械性能也較差，從上世紀60年代起，出現(xiàn)性能優(yōu)良的直接接合鎂鉻磚取代硅酸鹽結合鎂鉻磚。直接結合鎂鉻磚具有較高的抗高溫性能，抗SiO₂侵蝕，和抗氧化還原作用。同時具有較高的高溫強度和抗機械應力，以及較好的結窯皮性能，因而大量地用在燒成帶和熱工制度穩(wěn)定的上過渡帶。由于鎂鉻磚在水泥窯內使用時，在堿（或硫）的作用下，穩(wěn)定的3價鉻轉化為氧化能力極強的6價鉻，對人體的皮膚、呼吸神經、肺等造成嚴重的危害，從上世紀80年代中期起工業(yè)化國家紛紛制定一系列環(huán)保、衛(wèi)生等方面的規(guī)范，對水泥窯的鎂鉻磚的殘磚和水泥廠排水進行全面監(jiān)控，鎂鉻磚的使用受到一定程度的限制。鎂鉻磚由于優(yōu)良的性能和低廉的價格，在世界上相當多的地區(qū)和國家仍在使用。進入上世紀90年代，性能更為優(yōu)良的超直接接合鎂鉻磚已出現(xiàn)在工況條件較為苛刻的新型干法水泥回轉窯上。

　　2.2尖晶石鎂磚

　　尖晶石鎂磚產品出現(xiàn)較早，但早期產品對熱應力敏感性強，抗鹽侵蝕能力不足，以及掛窯皮性能差等缺點，一直未能在水泥窯上大量應用。上世紀80年代以后，由于鉻公害以及燃煤燃燒和原料性能的影響，出現(xiàn)了預反應尖晶石砂和鎂砂為基本原料制成的磚，由于具有比鎂鉻磚優(yōu)良的熱機械性能和抗熱化學侵蝕能力，以及具有無鉻化的特點，從上世紀80年代起，在預分解窯的上過渡帶逐步取代鎂鉻磚。

　　從上世紀90年代起，為適應不同的工況條件，尖晶石磚的性能進一步改善，出現(xiàn)了不同性能的尖晶石磚，即增加粗顆粒級配，進一步提高抗化學侵蝕適應于燃燒工業(yè)廢燃料的尖晶石磚，為解決尖晶石磚不易掛窯皮，導熱系數(shù)高的缺點，適當提高Fe₂O₃的含量，降低顯氣孔率，易于粘附窯皮的尖晶石鎂磚。為進一步提高抗化學侵蝕和抗機械應力降低Fe₂O₃含量的新品種尖晶石鎂磚，從而逐步擴大使用范圍。

　　2.3白云石磚

　　白云石磚是上世紀50年代出現(xiàn)的，由于磚內含有大量的fCaO和熟料中的C₂S反應，生成C₃S為特征的穩(wěn)定性窯皮，在燒成帶使用較為合適。fCaO易吸附水，白云石磚在儲存和停窯期間易吸潮水化，在運轉率較高的窯內使用較合適。上世紀90年代以來，白云石磚的性能有較大的改進，如加入1%～3%的ZrO₂顆粒，適當?shù)亟档捅碛^顯氣孔率，以改善白云石磚抗熱震性能差的缺點。為適應煅燒工業(yè)廢料，出現(xiàn)了增鎂鋯低氣孔率的白云石磚，不僅保持較好的掛窯皮性能，還具有較高的抗硫、氯等有害物侵蝕能力。

　　2.4鎂鋯磚

　　鎂鋯磚的專利是上世紀70年代出現(xiàn)的，90年代才在預分解窯上應用。工業(yè)廢燃料的使用，增加了窯內有害物的富集，若燃料中含硫量較高時，在上過渡帶溫度超過1500℃時，尖晶石易被熟料侵蝕，生成C₁₂A₇或C₄A₃S，致使火磚致密剝落損壞。由于氧化鋯的熔化點為2715℃，當溫度超過1660℃才被熟料侵蝕。因此鎂鋯磚具有較高的耐火度。氧化鋯顆粒的另一特點是顆粒四周形成微裂紋，從而吸收外部應力，在熱態(tài)和冷態(tài)條件下，具有較大的抗斷裂強度。在一系列對比試驗中，鎂鋯磚在抗SO₃、CO₂、堿蒸汽、Cl^-等有害物侵蝕，以及抗熟料液相侵蝕，氧化還原氣氛，以及較高的抗壓強度等，都具有明顯的優(yōu)點。早期的鎂鉻磚存在著導熱系數(shù)高于尖晶石磚的缺點，此情況已被改善，含量4%～7%ZrO₂的鎂鋯磚的導熱系數(shù)已低于尖晶石磚。鎂鋯磚具有優(yōu)良的性能，用在工況條件苛刻的窯內，此趨向在擴大。其發(fā)展趨勢是進一步提高性能和在保持優(yōu)良性能的前提下，降低生產成本，便于推廣應用。

　　3、內襯材料的技術發(fā)展趨勢

　　近期內堿性磚發(fā)展動向總的趨勢大致如下：

　　（1）上世紀80年代以前，世界市場上水泥窯用的堿性磚主要為鎂鉻磚和白云石磚兩種，至上世紀80年代初，鎂鉻磚占堿性磚消耗總量的85%以上，而進入上世紀90年代已逐步下降至50%以上。但從上世紀90年代以來，下降幅度不大，資料估計至2007年，水泥窯所需的鎂鉻磚約為40萬噸/年，仍然超過總量的40%，堿性磚在較長時間內仍然生存發(fā)展。

　　（2）尖晶石鎂磚，是上世紀80年代用于水泥窯上的，從上世紀80年代中期低于4%逐步上升到上世紀90年代末的30%以上。

　?。?）白云石磚從上世紀70年代起直至目前始終保持8%～10%的占有量。

　　（4）2000年以后，鎂鋯磚的用量有可能增加，加上尖晶石鎂磚和白云石磚組成無鉻磚的消費量進一步擴大，無鉻化趨勢將進一步加強。

　　4、結論

　　從以上分析可知，近期內我國新型干法水泥窯的產量和技術水平將有較大發(fā)展，配套的回轉窯用堿性磚襯料必須適應如下發(fā)展趨勢：

　?。?）提高直接接合鎂鉻磚和尖晶石鎂磚的質量，達到或超過現(xiàn)有5000t級預分解窯所引進的同類型耐火襯料的技術要求，以滿足2000～5000t/d級窯所需的襯料。同時保持現(xiàn)有此類磚的質量，以滿足2000t/d級以下窯的需求。

　?。?）開發(fā)鎂鋯磚，以滿足大型預分解窯和原燃料結構變化后的需求，解決白云石磚水化等技術性能及應用問題，擴大尖晶石鎂磚的特性和應用范圍，以滿足無鉻化的需求。