前言

水泥窯很多部位使用不定形耐火材料，特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)。但新型干法水泥窯溫較高、轉(zhuǎn)速較快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水泥廠為了提高產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，多采用強(qiáng)化煅燒工藝、提高窯體轉(zhuǎn)速、加大噴煤量等措施，使窯內(nèi)火焰溫度升高、溫度波動較大、熱應(yīng)力增加，加上窯載荷增大，堿、氯、硫等有害物質(zhì)富集，給水泥窯用耐火材料的正常使用帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。尤其是篦冷機(jī)、窯頭罩、三次風(fēng)管彎頭、煙室等部位采用的澆注料經(jīng)常受到損毀，需要停窯檢修，嚴(yán)重影響水泥窯運(yùn)行效率。開發(fā)長壽、高效、節(jié)能的耐火材料制品，解決水泥窯運(yùn)行因為澆注料損毀修爐而制約運(yùn)行效率，成為水泥行業(yè)迫切需要的解決的共性難題。

為了解決該難題，研發(fā)使用復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件，通過工藝優(yōu)化解決材料間的熱失配及界面結(jié)合的問題，提高產(chǎn)品的整體強(qiáng)度；復(fù)合結(jié)構(gòu)件在成型過程中直接成型出鎖扣狀結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)件可適用于水泥窯系統(tǒng)各種復(fù)雜形狀部位，便于現(xiàn)場快速安裝。

這種復(fù)合結(jié)構(gòu)方案具有節(jié)能、長壽、高效等特點(diǎn)，可替代澆注料施工方案，解決澆注料壽命不穩(wěn)定、維修、烘窯工期長等缺點(diǎn)，為水泥行業(yè)提高運(yùn)行效率和節(jié)能減排的整體技術(shù)進(jìn)步提供物質(zhì)支撐。針對復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件使用部位不同，對結(jié)構(gòu)件材料性能要求也有些許不同，主要分為三大類：高耐磨材料、抗結(jié)皮材料和耐堿材料。

1.1 原料選擇

碳化硅作為人們早已知曉的一種優(yōu)質(zhì)耐火材料。具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、抗震性好、抗氧化、耐磨損、抗侵蝕等優(yōu)良的高溫性能。在冶金、能源、化工等行業(yè)有許多用途。隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，SiC制品按照不同工藝制成多種用途的耐火材料，其高溫性能也因此更加優(yōu)良。水泥窯由于固體物料對耐火材料的沖刷而造成耐火爐襯的破壞，因此選擇抗熱震性能好、高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)的碳化硅質(zhì)材料較為合適。

以M70礬土基莫來石為主要原料，紅柱石細(xì)粉，碳化硅和廣西白泥為基質(zhì)，制備出高密致耐火磚，其顯氣孔率明顯降低熱震穩(wěn)定性明顯提高。其顯氣孔率較低可抑制有害物質(zhì)的滲入從而具有良好的抗結(jié)皮性、抗侵蝕性。

綜合考慮最終選用細(xì)度為5～3mm、3～1mm、小于1mm的細(xì)度均<0.074mmM70礬土基莫來石、80均化料、碳化硅和廣西白泥、木質(zhì)硫磺鈣為原料，各原料配比如表1。

表1 原料配方

1.2 制備工藝

將選用物料混合均勻，加入結(jié)合劑，在攪拌機(jī)中攪拌15min后，將混合均勻的泥料，用壓力機(jī)壓制成特定尺寸的磚型。然后坯體進(jìn)干燥洞48h，干燥后轉(zhuǎn)運(yùn)至隧道窯進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，出窯后進(jìn)行成品包裝。

根據(jù)GB/T 5988-2004、GB/T 2997-2000、GB/T 5072.2-2004、YB/T 370-1995分別測試試樣燒后的線變化率、耐壓強(qiáng)度、體積密度、氣孔率、荷重軟化溫度(T₀.₆)，按YB/T 376.1-1995測標(biāo)磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃，水極冷法)；經(jīng)檢測，各項性能指標(biāo)都達(dá)到可用于實際水泥窯生產(chǎn)。檢測指標(biāo)見表2。

復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件屬于多組件復(fù)合產(chǎn)品，配套組件種類較多，主要組件包括結(jié)構(gòu)件、錨固結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)保溫澆注料、保溫板。根據(jù)安裝部位的不同，其主要結(jié)構(gòu)件外型、錨固方式也不盡相同，復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)組件見圖1。

該產(chǎn)品使用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，在工作端選用高壓成型、高溫?zé)Y(jié)的生產(chǎn)工藝，保證其具備較高的強(qiáng)度、耐磨性，同時，其氣孔率在16％～17％，能較好的抵抗化學(xué)煙氣的侵蝕，保證制品在高溫、強(qiáng)沖刷、強(qiáng)侵蝕的環(huán)境下，具備較長的使用周期；在工作端以上，通過澆筑輕質(zhì)保溫澆注料，一方面起到保護(hù)錨固結(jié)構(gòu)的作用，另一方面是通過降低散熱，彌補(bǔ)工作端導(dǎo)熱系數(shù)高的不足；頂部在錨固結(jié)構(gòu)間隙，粘貼優(yōu)質(zhì)硅酸鈣板，更進(jìn)一步，降低綜合導(dǎo)熱性系數(shù)，降低殼體溫度。在施工方面，與澆注料結(jié)構(gòu)相比，省去了干燥、養(yǎng)護(hù)的過程，大大降低了施工不確定性對耐火材料性能的影響。

從2010年開始，復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外近百家水泥企業(yè)，，在窯門罩斜頂、窯門罩直墻、篦冷機(jī)頂、篦冷機(jī)喉部、分解爐窯尾煙室、窯尾煙室縮口和三次風(fēng)管彎頭部位均取得了較好的使用效果。

作者：阮曉鋒1，李沅錦2，張慧芳2，涂永紅1，孟凌霄2，李煒2，李祥2

來源：《1云南水泥建材集團(tuán)運(yùn)營部；2鄭州瑞泰耐火科技有限公司》

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