关于新型干法水泥窑高温带用无铬砖的研制分析

魏亚辉

一、无铬砖研制

新型干法水泥窑高温带可分成烧成带和过渡带。水泥窑高温带的窑衬经受最严重的热学、力学、化学破坏作用，全窑系统耐火材料总消耗量的60%～70%发生在高温带，是使用条件最苛刻的部位。

（一）新型镁铝尖晶石砖

当前世界水泥工业发展的主流是工业废弃物被作为水泥窑的二次原燃料使用。但同时也使水泥窑过渡带用耐火材料的应用环境急剧恶化，化学侵蚀加重，温度波动幅度增大，窑内气氛波动频繁，这些因素的变化会大大缩短高温带部位，尤其是过渡带用耐火砖的使用寿命。

（1）实验原料和制品性能

新型镁铝尖晶石砖研制以高档烧结镁砂、烧结镁铝尖晶石为基本原料.并引入适量的含锆原料。原料化学成分见表1。

将具有合理级配的混合料进行混练、压制、干燥和烧成后制得新型镁铝尖晶石砖，结合剂为纸浆废液。新型镁铝尖晶石砖的常规性能优于建材行业镁铬砖性能标准，且与国内外产品性能相当。

（2）抗水泥熟料侵蚀性能检测方法

新型镁铝尖晶石砖的抗水泥熟料侵蚀实验采用静态坩埚法测定：将待测试样制成坩埚，装入水泥生料，置于炉内加热至1600℃，保温5小时，冷却后切开试样，观察被侵蚀情况及测量被侵蚀面积，以此判定抗侵蚀性能好坏。实验结果发现加入含锆原料后，镁铝尖晶石砖的渗透深度和被侵蚀面积变小，这说明加入适量的含锆原料能提高镁铝尖晶石砖的抗水泥熟料侵蚀性能，原因可能是砖中添加含锆原料后，其中的ZrO2可以吸收水泥熟料中的CaO，减轻富CaO水泥熟料液相对MgO·Al203的侵蚀程度，同时生成高熔点CaO·ZrO2会产生适宜的体积膨胀，提高了材料的致密度，即可减小低熔物的渗透深度。

（二）方镁石尖晶石砖

由于新型干法技术在水泥工业的推广应用，耐火材料的使用环境也越来越苛刻。新型干法窑内碱、硫、氯的富集更加剧了耐火材料的侵蚀。特别是替代性燃料在大型水泥窑上的使用，加速了耐火材料的损坏过程。研究人员通过实验室探索，确定采用尖晶石改性的技术路线，以高纯电熔镁砂、烧结镁砂、合成尖晶石砂为主要原料，通过加入特殊添加剂，调整制品中的Al2O3、ZrO2、Fe2O3、CaO比例，改善方镁石尖晶石砖耐水泥熟料侵蚀性能及粘挂窑皮性能，对其热震稳定性，高温和重软化温度进行优化。该砖材高温性能及热震稳定性优良，具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能，而且容易粘挂窑皮，在使用时能得到窑皮的有效保护，其关键因素是加入铬铁矿带来的性能优化效应。研制的方镁石尖晶石砖在大型水泥窑高温带获得了良好的使用效果。

（1）实验原料和制品性能

以电熔镁砂、烧结镁砂、电熔尖晶石和烧结尖晶石砂为主要原料，通过加入特殊添加剂调整制品中的Al2O3、ZrO2、Fe2O3、CaO比例，原料化学成分见表2.

根据以上4种原料主要成分，合理调整各种原料的配比，同时考虑到水泥窑高温带用耐火砖的实际情况，加入特殊添加剂，改善砖的性能。经使用证明方镁石尖晶石砖的性能比现有的镁铬砖的性能优异。

（2）粘挂窑皮性能实验

为确保无铬碱性砖在水泥窑上正常使用，对以上几组配方进行粘挂窑皮能力试验，具体过程如下：

1.样品尺寸：70 mm×70 mm×70mm；挂窑皮试验用试剂成分：90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压成Ф35mm×10mm的圆饼；

2.试验步骤：把试饼夹在两块70×70×70mm样品中间，放入电炉加热，炉温升到1600℃后保温30min，然后关闭电源自然降温30min，再开启电源升温至1600℃保温30min，重复一次上述过程后关炉。

试验结果表明：该砖材粘挂窑皮能力明显优于传统的镁铬砖。

（三）镁钙锆砖

要实现烧成带用耐火砖的无铬化，至少需具备与镁铬砖相当的常规性能和挂窑皮性能，尤其是挂窑皮性能。针对国内外烧成带用无铬砖的应用现况。研究组选择具有良好的挂窑皮性能和优异抗熔蚀性能的镁钙锆砖作为研制对象。

（1）实验原料和制品性能

镁钙锆砖研制以高档烧结镁砂与合成锆酸钙（石灰石+氧化锆）为基本原料，原料化学成分见表3。

化学成分

其生产工艺是混练、压制、干燥和烧成后制得。经试验验证镁钙锆砖的常规性能优于水泥建材行业镁铬砖性能标准，且与国内外产品性能不相上下。

（2）粘挂窑皮性能检测方法

常规性能优于镁铬砖是镁钙锆砖在烧成带应用的基础，而挂窑皮性能的好坏是其能否在水泥窑烧成带使用的关键，因此须参照镁铬砖，采用合适的挂窑皮实验来定量验证镁钙锆砖挂窑皮性能。改进的挂窑皮性能检测方法：称取水泥生料若干，加入适量丙三醇调匀至火泥状，将泥料均匀涂抹到耐火砖切面（α=60°），之后将耐火砖倾斜放置在支撑物上，保持切面水平，连同支撑物一起在炉内加热至1450℃保温5h，之后自然冷却到常温。试验结果表明镁钙锆砖的挂窑皮性能与镁铬砖相当，并明显优于镁铝尖晶石砖，结果符合耐火砖实际使用过程中的挂窑皮能力。

二、无铬砖在新型干法水泥窑上的应用

（一）新型镁铝尖晶石砖

新型镁铝尖晶石砖在北京某水泥厂2500t/d新型干法窑的过渡带区域使用，具体位置为下过渡带，距窑口O.8～2.2m。该回转窑内的碱氯硫的渗透和侵蚀严重，过热现象频繁，下过渡带用耐火砖寿命一般只有3～4个月。使用新型镁铝尖晶石砖后，截至今年11月已正常使用6个月，达到客户使用要求。可见新型镁铝尖晶石砖具备优异的抗碱氯硫和水泥熟料液相的侵蚀性能，很适合在强碱侵蚀及过热现象频繁的水泥窑过渡带上使用。

（二）方镁石尖晶石砖

生产的无铬碱性砖用于牡丹江水泥厂2000吨/日预分解窑。砌筑位置为距前窑口2.3m～7.5m处，7.5m～19.5m处砌筑直接结合镁铬砖。使用日历运转时间186天停窑后观察，无铬碱性砖粘挂窑皮性能良好，窑皮平整、坚固，基本上无露砖现象。检查残砖，厚度平均在100 mm～120mm之间。无铬砖经一周期使用，证明有良好的粘挂窑皮和补挂窑皮性能，实际使用结果不逊于直接结合镁铬砖，表现出良好的性能优势。

（三）镁钙锆砖

镁钙锆砖在河北某水泥廠2500砌水泥熟料生产线（窑运转率>90%）检修中试用，砌筑位置为烧成带中心区，距窑口13.0—14.6m，两端分别砌筑直接结合镁铬砖，镁钙锆砖在使用过程中相应砌筑部位窑温波动正常。期间因其它原因停窑，进窑观察镁钙锆砖挂窑皮厚度与镁铬砖相当，表现出良好的挂窑皮性能。