大型窑由于碱、硫等挥发性组分的富集、窑温的提高、窑径加大、转速加快、冲刷磨损加剧等原因,造成对耐火材料的化学侵蚀、高温破坏、机械应力、热应力和冲刷磨损等综合破坏效应比传统窑要大。因此,必须针对各个部位的不同要求选择合适的耐火材料,并在此基础上研制新型的耐火材料。
水泥窑用不定形耐火材料今后的重点研究方向,仍将是如何改善材料的抗侵蚀、抗热震稳定性、抗磨损的性能。众所周知,简单靠掺入莫来石来解决问题,是无法达到预期要求的,因为莫来石本身不具备抗碱性。高温下由于氧化钾、氧化钠的存在,莫来石将发生化学分解,使网状结构受到破坏,使抗热震性的效果降低。①抗热震性的改善。根据Hasselman提出的适用于耐材的抗热震性损坏参数分析,要想提高材料的抗热震性,就要求材料具有高的弹性模量及低的机械强度,使材料在胀缩时所储存的、用以开裂的弹性应变能量小;另一方面,则应选择断裂表面能量大的材料,一旦开裂,就会吸收较多的能量,使裂纹很快止裂。②抗侵蚀的改善。水泥窑大型化和二次燃料的应用,碱、硫、氯组分的挥发、凝聚,循环富集更严重。目前,能够改善抗侵蚀能力的材料主要是,碳化硅、氧化锆、氧化铬、铝镁尖晶石等。窑尾结窑皮位置(四五级预热器锥端、下料斜坡、喂料室等)一般都采用碳化硅质抗结皮浇注料;在窑的高温部位(如烧成带、上下过渡带)采用含氧化铬、镁铝尖晶石的镁铬砖或尖晶石砖;对窑口这个温度较高、热震频繁、熟料与碱侵蚀都存在的部位,使用的材料主要也将考虑含有上述几种成分的高抗热震性材料(包括砖与浇注料)。③耐磨性的改善。大型水泥窑三次风管转弯处、风阀、篦冷机喉部、矮墙等,耐材磨蚀很严重,要想延长这些部位的使用寿命,选材时耐材档次必须提升。传统的高强耐碱浇注料和低水泥高铝浇注料,已经不能满足使用要求了,应该考虑具有中、高温热态强度的材料。耐磨性较好的材料一般要求强度较高一些,特别是工作温度下的热态强度,主要体现在抗折强度上,当然降低材料的临界粒度也能改善耐磨性,但是临界粒度的降低,会削弱材料的抗热震性,这需要我们从中找到一个较好的平衡点。
施工方式的改变。从整个不定形耐火材料的发展趋势来讲,自流浇注料、喷涂料是主流。这些料的出现,带来了新的耐火材料流变学理论。自流平耐火浇注料是一种无需外力振动,可凭借自身重力,自流成型的新型不定形耐火材料。它具有自流平、自密实的特性,适用于施工空间狭窄、形状复杂的部位。能够大幅度地降低劳动强度,加快施工进度,降低施工费用,保证施工质量。同时又能改善作业环境,减少噪音、振动对施工者的危害。
其他方面的变化。水泥窑高运转率的要求,迫使其检修周期缩短,快速修补料将会很受欢迎。其中防爆浇注料和热硬性材料将有很好的应用前景。窑温的升高、热负荷的加剧,对耐火材料的高温性能提出更高要求,耐火材料需要选择优质高纯原料,优化材料的基质组成。
窑炉的大型化、预分解技术的进步、篦式冷却机的发展、多通道燃烧器的应用等水泥工艺技术的发展,对耐火材料提出了更高的要求,耐火材料生产企业只有根据水泥工艺技术的变化,在重新分析耐火材料的损坏机理基础上,有针对性地进行产品研发,才能逐步满足水泥工业的生产需求。
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