淺議水泥回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料技術(shù)

　　2008年，中國(guó)水泥年產(chǎn)量13億多噸，其所用水泥熟料絕大部分是回轉(zhuǎn)窯煅燒而成。近30年來(lái)，預(yù)分解窯（PC）和預(yù)熱器窯（SP）陸續(xù)投入生產(chǎn)，窯的轉(zhuǎn)速提高3～4倍，工作溫度高、熱負(fù)荷大，原材料成分易變化，有害成分堿金屬、硫和氯等物質(zhì)蒸發(fā)和凝聚的數(shù)量大，致使堿腐蝕嚴(yán)重。因此，該類(lèi)窯對(duì)耐火材料的品種和質(zhì)量要求較高，應(yīng)該認(rèn)真面對(duì)。

　　在傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯中，不定形耐火材料主要用于前、后窯口和濕法窯鏈條帶等部位，其品種有：高鋁質(zhì)耐火澆注料和鋼釬維增強(qiáng)耐火澆注料等；在PC窯和SP窯中，除用于前、后窯口部位外，在分解爐、預(yù)熱器、三次風(fēng)管、窯門(mén)罩和冷卻機(jī)等部位也廣泛使用不定形耐火材料，其品種有：剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料、鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料、耐堿澆注料、自流耐火澆注料和隔熱澆注料等，用量約占整個(gè)窯用耐火材料的1/3。因此，不定形耐火材料在新型窯中占有重要地位。

　　1.回轉(zhuǎn)窯窯口耐火澆注料的使用條件

　　回轉(zhuǎn)窯窯口耐火襯是窯襯的薄弱環(huán)節(jié)，特別是前窯口耐火襯，使用溫度在1100℃左右，需要承受急冷、急熱氣流沖擊，高溫水泥熟料磨損和高溫有害氣體堿腐蝕等，使用條件十分苛刻。襯體的損毀主要是：開(kāi)裂、剝落和磨蝕，故要求耐火材料必須具有良好的抗熱震性、耐磨性和耐堿性。

　　回轉(zhuǎn)窯窯口筒體不變形時(shí)，一般可用抗剝落的高鋁磚、尖晶石磚和直接結(jié)合鎂鉻磚等定型制品砌筑，并用優(yōu)質(zhì)泥漿做接縫料，以便形成整體，防止掉磚，提高壽命。然而，筒體變形普遍存在，故用耐火澆注料澆灌，鋼殼上焊上鉚固釘，澆注料中摻加鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料，按規(guī)程施工和烘烤，來(lái)滿(mǎn)足窯口筒體襯的生產(chǎn)需要。

　　在國(guó)外，水泥窯前窯口上廣泛采用剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料，其使用壽命可達(dá)2～8個(gè)。澆注料的高鋁含量高、強(qiáng)度高。因此，抗熱震性差、易開(kāi)裂剝落，降低使用壽命。生產(chǎn)實(shí)踐證明，鋼纖維增強(qiáng)高鋁質(zhì)耐火澆注料的使用效果，比剛玉質(zhì)澆注料要好。

　　2.回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料的研發(fā)

　　回轉(zhuǎn)窯窯口用鋼纖維增強(qiáng)剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料，在多年使用中易發(fā)生開(kāi)裂剝落，即抗熱震性不好，使用壽命較低。據(jù)此，北京通達(dá)、浙江錦誠(chéng)和開(kāi)封特耐等單位，研發(fā)了高鋁質(zhì)耐火澆注料、高鋁莫來(lái)石質(zhì)澆注料和莫來(lái)石質(zhì)耐火澆注料等，使用壽命一年以上，獲得了良好的使用效果。

　　眾所周知，黏土磚的抗熱震性和耐堿性?xún)?yōu)于高鋁磚，原因是鋁含量低；強(qiáng)度高、耐磨性好、抗震性差。在窯口用澆注料中，Al₂O₃ 含量為50%～70%，強(qiáng)度適中（既兼顧耐磨性，又有適宜的抗熱震性），烘干和耐壓強(qiáng)度（1100℃）分別約為40MPa和70MPa。應(yīng)當(dāng)指出，耐火澆注料是由骨料、粉料、結(jié)合劑和外加劑（物）等組成，使用前基質(zhì)中的相組成處于非平衡狀態(tài)，使用時(shí)在高溫作用下，基質(zhì)中的各組分將遵循相平衡關(guān)系重新組成新的相平衡（即獲得優(yōu)良的使用性能和原位反應(yīng)）。因此，應(yīng)當(dāng)選擇適用的組成材料，優(yōu)化配料設(shè)計(jì)，達(dá)到良好的燒結(jié)性、體積穩(wěn)定性、耐蝕性和高溫力學(xué)性能。

　?、僦黧w材料的選用

　　前窯口耐火襯因急冷、急熱頻繁，使用溫度在800℃～1250℃范圍內(nèi)，可起到承受水泥熟料磨損和堿腐蝕的作用。耐火澆注料主體材料的選用，必須根據(jù)其使用條件決定，以達(dá)到既成本低又好用的目的。

　　耐火骨料選用二三級(jí)礬土熟料、焦寶石和莫來(lái)石等，臨界粒徑放大，并應(yīng)合理進(jìn)行顆粒級(jí)配，達(dá)到致密化，有利于提高材料的抗熱震性和強(qiáng)度。

　　耐火粉料、結(jié)合劑和外加劑（物）等材料，是耐火澆注料的基質(zhì)材料，也必須進(jìn)行合理的顆粒級(jí)配，以便提高其性能。在常溫下，能獲得施工強(qiáng)度，在高溫作用下，易發(fā)生相轉(zhuǎn)變、進(jìn)行燒結(jié)。同時(shí)，材料之間會(huì)產(chǎn)生原位反應(yīng)，其微膨脹能抵消燒結(jié)收縮，提高澆注料的抗熱震性和強(qiáng)度。

　　耐火粉料選用剛玉、礬土熟料、莫來(lái)石和碳化硅等材料，破碎成各種粒級(jí)進(jìn)行組配。同時(shí)，應(yīng)加超微粉填充空隙，且活性大、易產(chǎn)生原位反應(yīng)，提高基質(zhì)性能。

　　結(jié)合劑選用鋁酸鈣水泥、超微粉和磷酸鹽等，一般復(fù)合使用；其用量應(yīng)確保拆模強(qiáng)度，并使烘干耐壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa左右。

　?、谕饧觿ㄎ铮┑倪x用

　　不定形耐火材料是典型的原位反應(yīng)耐火材料，因此外加劑（物）的選用十分重要，必須確保施工性能、烘烤性能，高溫下原位反應(yīng)的進(jìn)行，可獲得優(yōu)良的材料性能。窯口耐火澆注料用的外加劑（物）主要有：分散劑、促凝劑、增塑劑、燒結(jié)劑、膨脹劑和防爆劑等?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹一下燒結(jié)劑，其品種材料有生黏土、鋯英石、鈦白粉和錋化物等。該類(lèi)物質(zhì)在使用溫度下，進(jìn)行原位反應(yīng)，生成一定數(shù)量的莫來(lái)石晶體、鋯石相、鈦鋁酸鹽晶體和不一致熔融化合物（2Al₂O₃·B₂O₃）等，伴有體積膨脹產(chǎn)生微裂紋，能補(bǔ)償其燒結(jié)收縮，從而使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生燒結(jié)強(qiáng)度，耐腐蝕能力和良好的抗熱震性。

　　燒結(jié)劑用量因品種材料而異（一般為1%～7%），過(guò)量用燒結(jié)劑，原位反應(yīng)產(chǎn)生較大的膨脹和液相，致使?jié)沧⒘峡篃嵴鹦院湍臀g性降低，也影響使用效果。因此，應(yīng)根據(jù)使用溫度、燒結(jié)層厚度、體積穩(wěn)定性和耐蝕性要求，合理選用燒結(jié)劑的品種和用量，以滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。

　　外加劑（物）主要有耐熱鋼纖維等，在窯口用耐火澆注料中，選用446號(hào)和304號(hào)鋼纖維，可滿(mǎn)足使用要求（用量為1%～4%）。其作用是能抑制基質(zhì)產(chǎn)生裂紋或阻止裂紋擴(kuò)展，提高料的抗熱震性。實(shí)驗(yàn)證明，冷熱循環(huán)10次后的抗折強(qiáng)度，鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料比未加鋼纖維的澆注料高3～4倍（即提高抗熱震性），在前窯口耐火襯上使用，使用壽命一年以上。因此，在窯口用耐火澆注料中，必須加耐熱鋼纖維。應(yīng)當(dāng)指出，配制鋼纖維耐火澆注料時(shí)，必須將鋼纖維均勻混拌在澆注料中，防止鋼纖維成團(tuán)，否則將降低窯口耐火襯的使用壽命。

　　總之，回轉(zhuǎn)窯窯口用耐火澆注料的材料組成，應(yīng)根據(jù)其使用條件來(lái)確定，并保證基質(zhì)料間原位反應(yīng)、燒結(jié)性和體積穩(wěn)定性，從而獲得良好的抗折強(qiáng)度、抗熱震性和耐腐蝕性。同時(shí)，適量添加外加劑（物），并合理選擇其品種和用量，才能提高材料的施工性能和使用性能。鋼纖維增強(qiáng)鋁莫來(lái)石質(zhì)耐火澆注料，在窯口使用的作用已初見(jiàn)成效，應(yīng)大力推廣使用。