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水泥窯用耐火材料及其匹配選擇
發布日期:2013/9/23  

水泥窯用耐火材料及其匹配選擇

   核心提示: 現代化水泥廠回轉窯對耐火材料要求具有良好的機械強度,較高的耐火度,抵抗溫度變化的抗熱震性,熱膨脹及重燒線變化小,優良的抵抗化學侵蝕,較好的耐磨性和孔隙率,尺寸準確、外形整齊等。水泥窯系統應根據各部位的工作條件嚴格合理選擇耐火材料,延長窯襯壽命和設備運轉周期,具有較好的經濟效益。
  現代化水泥廠回轉窯對耐火材料要求具有良好的機械強度,較高的耐火度,抵抗溫度變化的抗熱震性,熱膨脹及重燒線變化小,優良的抵抗化學侵蝕,較好的耐磨性和孔隙率,尺寸準確、外形整齊等。水泥窯系統應根據各部位的工作條件嚴格合理選擇耐火材料,延長窯襯壽命和設備運轉周期,具有較好的經濟效益。
  1.水泥窯用耐火材料的種類
  1.1粘土磚
  粘土磚為氧化鋁含量30~40%的硅酸鋁質耐火制品。其礦物組成為莫來石 (3Al2O3·SiO2)20~50%,玻璃相25~60%和方石英及石英(最高可達30%)。普通粘土磚按 Al2O3含量可分為:一等(>40% ),二等(>35%),三等(>30%);相應的耐火度不低于1730℃,1670℃和1610℃;荷重軟化溫度均在1250~1450℃;熱穩定性較好
  1.2高鋁磚
  高鋁磚為氧化鋁含量在48%以上的硅酸鋁耐火制品。礦物組成為剛玉 (α-Al2O3)、莫來石和玻璃相,其含量取決于Al2O3/ SiO2比值和雜質的種類及數量。按Al2O3含量劃分等級。我國高鋁磚分為三級:LZ65含Al2O365~70%,耐火度1790℃,LZ55含Al2O355~65%,耐火度1770℃;LZ48含Al2O3 48~55%,耐火度1750℃。
  1.3磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚
  磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚包括兩種產品,一種是磷酸鹽結合高鋁質磚(簡稱磷酸鹽磚),另一種是磷酸結合高鋁質耐磨磚(簡稱耐磨磚)。磷酸鹽磚是以濃度42.5~50%的磷酸溶液作為結合劑,集料是采用經回轉窯1600℃以上煅燒的礬土熟料。在磚使用過程中,磷酸與磚面燒礬土細粉和耐火粘土相反應,最終形成以方石英型正磷酸鋁為主的結合劑。耐磨磚是以工業磷酸、工業氫氧化鋁配成磷酸鋁溶液作結合劑,其分子比為Al2O3∶P2O5=1:3.2。采用的骨料與磷酸鹽磚相同。在磚的使用過程中,同磷酸鹽磚樣形成方石英型正磷酸鋁為主的結合劑。
  1.4鎂磚
  鎂磚是氧化鎂含量不少于91%、氧化鈣不大于3.0%,以方鎂石 (MgO)為主要礦物的堿性耐火制品。鎂磚的特性,可從磚體是由鈣、鎂、鐵的硅酸鹽作為方鎂石晶體的膠結劑來考慮。其導熱率好;熱膨脹率大;抵抗堿性熔渣性能好、抵抗酸性熔渣性能差;荷重變形溫度因方鎂石晶粒四周為低熔點的硅酸鹽膠結物,表現為開始點不高,而坍塌溫度與開始點相差不大;耐火度高于2000℃,但對實際使用沒有意義;因此,必須以鎂橄欖石結合的高荷重變形性能的鎂磚及以鎂鋁尖晶石 (MgO·Al2O3)結合的高熱震穩定性的鎂鋁磚作為發展的方向。
  1.5鎂鋁尖晶石磚
  鎂鋁尖晶石磚是為了改善鎂磚的熱震穩定性,在配料中加入氧化鋁而生成的以鎂鋁尖晶石為主要礦物的鎂質磚。70年代中期,隨著新型干法水泥生產的發展,在生產直接結合鎂鉻磚之后,目前又向高級鎂鋁尖晶石磚的方向發展。生產中,以高純鎂砂及合成尖晶石為原料,兩者配比為0.7~0.8比0.3~0.2。生產方法有電熔法和燒結法。尖晶石磚的優點是熱震穩定性好,使用過程中與熟料反應能在磚的表面形成一層很薄的鋁酸鈣保護層,使液相不易滲透,抗剝落性能比直接結合鎂鉻磚好。但抗蝕性稍次于直接結合鎂鉻磚。
  1.6普通鎂鉻磚
  鎂鉻磚含MgO55~80%,Cr2O3≥8%,主要礦物為方鎂石和鉻尖晶石,硅酸鹽相為鎂橄欖石和鈣鎂橄欖石。如果Cr2O3含量高達18~30%,MgO25~55%,則稱為鎂鉻磚。普通鎂鉻磚對堿性渣的抵抗能力強、抗酸性渣的能力比鎂磚好,荷重軟化點高,高溫下體積穩定性好,在1500℃時的重燒線收縮小。
  1.7直接結合鎂鉻磚
  大型窯內,窯溫在1700℃以上,普通鎂鉻磚已難勝任,直接結合鎂鉻磚就是為了適應水泥生產大型化而發展起來的一優質鎂鉻質耐火材料。直接結合鎂鉻磚是以優質菱鎂礦石和鉻鐵礦石為原料,先燒制成輕燒鎂砂,按一定級配后經高壓成球,在1900℃高溫下燒制成重燒鎂砂,再配入一定比例的鉻鐵礦石,加壓成型,經1750~1850℃隧道窯煅燒而成。經1750~1800℃燒成者為高溫直接結合鎂鉻磚,經1800~1850℃燒成者為超高溫直接結合鎂鉻磚。
  1.8聚磷酸鈉結合鎂磚
  該磚是一種化學結合鎂磚,其組成是以高鈣合成鎂砂作骨料,聚磷酸鈉作粘合劑,紙漿廢液作水化抑制劑。其配比為:高鈣鎂砂∶聚磷酸鈉∶紙漿廢液∶水,其比例為3:0.7~1.0:3:3.5,配料后經濕碾,加壓成型及150~200℃干燥后即為成品。聚磷酸鈉結合鎂磚兼具常溫固化及熱固化性能,常溫強度及1450℃下抗壓強度均較高;荷重軟化點,一般0.6%變形開始點波動于1500~1690℃,4%變形點在1700℃以上;熱膨脹系數及彈性模量較普通鎂鉻磚高;熱震穩定性亦較普通鎂鉻磚好;耐水泥熟料侵蝕性亦較好。
  1.9耐堿磚
  聯邦德國首先研制成功Al2O3含量25~28%的耐堿粘土磚,使窯氣中的堿在磚面上凝集后迅速與磚面發生化學反應,形成一層高粘度的釉面層,封閉了堿向磚體內部繼續侵蝕的孔道,從而防止了“堿裂”。我國普通耐堿粘土磚SiO2>65%, Al2O3<30%,體積密度>1.9g/ cm3,顯氣孔率<25%常溫耐壓強度>20MPa,導熱系數1.163W/m·k (350℃ ),熱膨脹系數6×10-6/℃,荷重軟化點開始點>1320℃。
  1.10隔熱材料
  隔熱材料是以輕質耐火物料制成的隔熱制品。其品種:輕質煅燒磚、耐火隔熱混凝土、隔熱板及陶瓷耐火纖維制品等。它們都具有多孔結構、質輕、導熱系數小,保溫性能好等
  特性。
  2.水泥窯系統對耐火材料的匹配選擇
  2.1窯的卸料口和卸料帶
  這兩處所用的襯料,機械磨損和化學侵蝕都很嚴重。因此,要求用于這些部位的襯料具有良好的抗磨蝕性和抗溫度急變性能。卸料帶一般選用Al2O3含量70~80%的高鋁磚、耐熱震高鋁磚、尖晶石磚和鎂鉻磚;卸料口使用高名磚、以剛玉為骨料的耐熱混凝土,有時也使用碳化硅磚。
  2.2燒成帶
  燒成帶一般采用鎂鉻磚、聚磷酸鈉結合鎂磚、耐堿磚等高溫及超高溫燒成的直接結合鎂鉻磚,由于系高溫煅燒,尖晶石、方鎂石相直接結合,冷態和熱態強度均較高,熱震穩定性也較好,因此,已被日益廣泛地采用。
  2.3過渡帶
  該帶與燒成帶相鄰 ,溫度變化頻繁 ,筒體溫度較高 ,窯皮時掛時脫 ,化學侵蝕也較嚴重。常用的耐火材料有以剛玉和50~80% Al2O3的鋁礬土制成的高鋁磚、直接結合鎂鉻磚、普通鎂鉻磚和尖晶石磚等。
  2.4冷卻帶
  該帶溫度仍比較高。但化學侵蝕不如前帶嚴重。一般選用鎂鉻磚、高鋁磚、磷酸鹽結合高鋁質磚及鎂鋁尖晶石磚等。
  2.5分解帶
  在本帶與預熱帶相連的部分,由于熱應力與化學應力較小,可使用各種質量的粘土磚、高鋁磚、煅燒成化學結合的輕質磚或普通鎂鉻磚;在與過渡帶相連的高磨損、高溫區域內,
  可采用Al2O3含量50~60%的高鋁磚,普通鎂鉻磚或尖晶石磚。
  2.6預熱帶
  該帶襯料需具有足夠的耐堿和隔熱性能,一般使用耐堿隔熱粘土磚。在采用輕質磚時,窯筒體溫度可比使用相同厚度的粘土磚降低60~100℃,對于干法窯來說,單位熱耗可降低
  21~38KJ/Kg熟料。
  2.7預熱器系統
  耐堿和隔熱性能對于預熱器系統的襯料同樣十分重要。一般在預熱器及分解爐的直筒、錐體部分以及連接管道內,采用耐堿粘土磚,并加隔熱復合層,以火源砌筑;頂蓋部分可采用火磚掛頂、背襯礦棉,亦可采用混凝土澆注;各處彎頭多使用澆注料;窯尾上升管道等處采用結構致密的半硅質粘土磚防止堿侵蝕。
  2.8冷卻機系統
  篦冷機內部物料溫度變化最大,火磚受侵蝕的程度也不均勻,一般認為在冷卻機縮口和位于三次風管進風口與冷卻縮口之間受侵蝕最厲害。另外,由于粉塵的堆積限制砌體本身的膨脹,也會對側墻產生整體破壞作用。篦冷機系統采用的耐火材料有耐火磚、輕質澆注料、隔熱磚、隔熱板材等多種。下料喉部區域及高溫區可采用普通鎂鉻磚、高鋁磚;中、低溫區域可采用粘土磚。

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