篦冷機(jī)矮墻用耐火澆注料的試驗(yàn)研究

張夢真李　平河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（45000）河南省冶金研究所有限責(zé)任公司（450000）

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篦冷機(jī)矮墻用耐火澆注料的試驗(yàn)研究

張夢真1李平2
1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省冶金研究所有限責(zé)任公司（450000）

摘要:這里針對干法水泥燒成系統(tǒng)中篦冷機(jī)矮墻部位的工況條件及其對耐火材料的性能要求，以棕剛玉、高鋁礬土為骨料，通過改變結(jié)合劑的種類和加入量，研究了它們對澆注料性能（氣孔率、體積密度、燒成線變化、力學(xué)強(qiáng)度）的影響。

關(guān)鍵詞:篦冷機(jī)矮墻；骨料；結(jié)合劑；添加劑；性能

0前言

篦冷機(jī)是水泥燒成系統(tǒng)的重要組成部分，其功能是對高溫熟料進(jìn)行冷卻、輸送，同時也對熱量進(jìn)行回收。作為水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，篦冷機(jī)的工作狀況一直是人們研究和改善的重點(diǎn)[1]。篦冷機(jī)前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高，變化較大。前端兩側(cè)矮墻長期受到通過窯口下來的高溫熟料的磨損，也承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的破壞。結(jié)合篦冷機(jī)前端頂部的運(yùn)行特點(diǎn)，適合采用高溫性能比較好、抗熱震穩(wěn)定性比較強(qiáng)、具有耐磨等特點(diǎn)的高強(qiáng)耐磨澆注料。

近年來，新型干法水泥窯篦冷機(jī)工況條件越來越苛刻。篦冷機(jī)長期受到熟料顆粒沖刷、侵蝕，磨損嚴(yán)重，使用周期短，因此，將澆注料中加入耐高溫鋼纖維和耐磨材料來改善其性能，延長其壽命，但不能從根本上改變這一狀況。當(dāng)篦冷機(jī)設(shè)備需要對篦床盲板部件進(jìn)行檢修更換時，即使矮墻澆注料再好，也必須打掉清出檢修空間，從而增加了維修費(fèi)用[2]。所以，對篦冷機(jī)矮墻用耐磨澆注料進(jìn)行研究仍然很有必要。

1試驗(yàn)配方

篦冷機(jī)前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高，變化較大。前端兩側(cè)矮墻長期受到通過窯口下來的高溫熟料的磨損，也承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力破壞。本試驗(yàn)主要在原篦冷機(jī)矮墻用高強(qiáng)耐磨澆注料的基礎(chǔ)上通過改變結(jié)合劑種類、加入適量添加劑來改進(jìn)篦冷機(jī)矮墻用耐磨澆注料的性能。

本試驗(yàn)采用顆粒大小為8～5 mm和5～3 mm的特級礬土，3～1 mm和1～0 mm的棕剛玉，200目和320目的一級礬土粉；鋁微粉（Uf-Al2O3，<5 um）和硅微粉（Uf-SiO2，<2 um）為基本成分，并固定它們的用量分別為3%和6%。使用P3和P6作為復(fù)合減水劑，成型加水量根據(jù)需求確定。

在本試驗(yàn)研究中，綜合考慮結(jié)合劑的性能及成本因素，擬選用電熔925#水泥和磷酸二氫鋁兩種結(jié)合劑進(jìn)行試驗(yàn)。首先分別單獨(dú)使用它們，然后再復(fù)合使用它們。此外，選用固體水玻璃作為添加劑，與電熔925#水泥進(jìn)行配合試驗(yàn)。各系列的配方設(shè)計(jì)分別如表1～4所示。

表1系列試驗(yàn)配方:以電熔925#水泥作為結(jié)合劑

表2系列實(shí)驗(yàn)配方:以磷酸二氫鋁作為結(jié)合劑

表3系列實(shí)驗(yàn)配方:以電熔925#水泥和磷酸二氫鋁作為復(fù)合結(jié)合劑

表4系列實(shí)驗(yàn)配方:使用固體水玻璃作為添加劑

2試驗(yàn)步驟

1）試樣制備

選定樣品總量為2 400 g（正好填滿一個模具）,使用合適的骨料和粉料質(zhì)量配比，結(jié)合劑、添加劑和水采用外加方式。按配方配制混合料，在攪拌機(jī)內(nèi)干混30 s，在30 s內(nèi)均勻加水，攪拌2 min后，將澆注料裝入試模，于振動臺上振動成型,自然養(yǎng)護(hù)24 h后脫模。試樣在烘干（110℃，24 h）和不同溫度的熱處理后,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對試樣的性能進(jìn)行測試。

2）試樣的成型、養(yǎng)護(hù)和烘干按標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5202進(jìn)行[3]。

3）試樣熱處理

試樣的焙燒按YB/T 5203進(jìn)行,并隨爐冷卻至室溫。將冷卻后的試樣放入電熱爐內(nèi)，調(diào)節(jié)合適的電流大小開始加熱,溫度升至指定800~1 200℃，保溫3 h，關(guān)閉電熱爐，待爐溫降至150℃以下時取出試樣,冷卻后檢測各項(xiàng)性能。試樣經(jīng)烘干和焙燒后，放入干燥器中，從冷卻到實(shí)驗(yàn)的時間間隔不得超過3 d。

4）性能測試

①氣孔率和體積密度:按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2997-2000進(jìn)行測定。氣孔率即顯氣孔率B，是指試樣中的開口氣孔總體積占試樣總體積的百分比。體積密度d是指試樣烘干后的質(zhì)量與其總體積之比。按下式計(jì)算氣孔率和體積密度。

式中:m1——干燥時樣的質(zhì)量；m2——飽和試樣的表觀質(zhì)量；m3——飽和試樣在空氣中的質(zhì)量。

②燒成線變化率測定:燒成線變化率是指試樣在規(guī)定的溫度下加熱一定時間后的長度不可逆變化量與加熱前其長度之比，以百分率表示。分別用游標(biāo)卡尺測量樣品燒成前后（冷卻至室溫）的尺寸(取平均值)并記錄，燒成溫度為800~1 200℃，時間各為24 h，按下式計(jì)算試樣的燒成線變化。

式中:l1——樣品燒成前的長度，mm；l2——冷卻后的長度，mm。

③強(qiáng)度指標(biāo)測試:抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度。高溫抗折強(qiáng)度的測定,選定溫度對其進(jìn)行煅燒，燒后對試樣用三點(diǎn)法測定,實(shí)驗(yàn)在抗折儀上進(jìn)行，然后根據(jù)以下公式計(jì)算抗折強(qiáng)度:

其中，R為抗折強(qiáng)度（Pa），W為斷裂時施加的最大荷重（N），l為兩支點(diǎn)間的距離（mm），b為試樣的寬度（mm），d為試樣的厚度（mm）。每組配方選擇三塊試樣，求其平均值。

常溫抗壓強(qiáng)度測定:用經(jīng)過高溫抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的試樣，將其放在耐壓磨具內(nèi)，然后將磨具放在壓機(jī)上進(jìn)行測試，最后根據(jù)公式計(jì)算。計(jì)算材料單位面積所能受的最大壓力。

5）試驗(yàn)儀器和設(shè)備

游標(biāo)卡尺（分度值為0.02 mm）、常溫電動抗折儀、高溫實(shí)驗(yàn)電爐、膠砂攪拌機(jī)、顯氣孔率體積密度測定儀、托盤天平、電熱恒溫干燥箱、抗折抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)、振動臺、金剛砂片切割機(jī)、160 mm40 mm40 mm三聯(lián)模具。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本試驗(yàn)不同條件下處理后的試樣性能測定結(jié)果見表5至表7。

4結(jié)論

1）單獨(dú)以水泥或磷酸二氫鋁作為結(jié)合劑的試樣,其綜合性能優(yōu)于復(fù)合使用這兩種結(jié)合劑的試樣。單獨(dú)用水泥結(jié)合劑的試樣其整體性能又優(yōu)于單獨(dú)用磷酸二氫鋁的試樣。

2）作為添加劑用的固體水玻璃，在單獨(dú)用水泥結(jié)合劑試樣中添加并不能改善澆注料的性能，甚至使?jié)沧⒘铣尚托杷吭黾?、流動性降低，從而對澆注料性能產(chǎn)生了明顯的消極影響。

參考文獻(xiàn):

[1]徐平坤,魏國釗.耐火材料新工藝技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社,2004: 437.

[2]陳晶,劉德慶,陳全德.論第三代篦冷機(jī)技術(shù)與現(xiàn)有篦冷機(jī)的技術(shù)改進(jìn)(一)[J].中國建材裝備,1997(9):18- 21.

[3]全國耐火材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第五編輯室編.耐火材料標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

表5 110℃×24 h烘干試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表6 1 200℃×3 h處理試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表7 800℃×3 h處理試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄