華占剛
(宜興國冶窯爐工程有限公司 214226)
水泥窯耐火材料是指在耐火材料錐形體試樣在沒有負重的情況下,能夠抵抗不小于1500℃,并且不軟化熔倒的一種無機非金屬材料。水泥窯耐火材料分為三種:第一個堿性澆注料:其優(yōu)點是抗堿性非常好,缺點是膨脹系數有些大和抗震性比較弱;第二個是高硅質材料:優(yōu)點是一定的溫度下與窯料、窯氣里的堿化合物產生化學反應,表面會形成一層致密的保護釉層,起到內部和堿隔離的作用。缺點是荷軟溫度較低,不耐摩擦;第三個是高鋁質澆注料,優(yōu)點是硬度大、耐磨擦。缺點是不耐堿性,如果碰見含有硅質的材料時,其中的材料結構就會遭到破壞,使得體積膨脹迅速不僅體積膨脹,使用性能也變低。
不同年代的水泥窯狀況都各不相同,比如在當前,各個水泥生產企業(yè)每一年的耐火材料消耗數字都非常高,因為各個水泥工業(yè)都是主要采用耐火材料作為平時的基礎性消耗材料,就像是一噸做好的熟料,就會伴隨著0.85kg耐火材料的消耗。再加上,時而會停止水泥窯,就更加的使耐火材料的使用率大為降低,耐火材料在預分解窯的運轉率也不是很好,這就是當前水泥窯耐火材料的使用現狀。
在水泥窯耐火材料上,由于水泥生產商讓舊窯在生產線上不停地運轉,透支的使用舊窯而為了建設新窯,使得新、舊水泥窯耐火材料的使用混亂。不僅造成了很大的浪費,還不利于水泥窯耐火材料的環(huán)保性能。并且在1960年后,水泥窯耐火材料以鎂質耐火材料為代表,它因為能夠非常好的抵御水泥熟料和窯皮的化學侵蝕,所以在很多的新型干法水泥窯的燒成帶,都非常樂意使用它;在1970年和1980年期間,搗打料和水泥結合普通澆注料作為水泥耐火材料時期。這種水泥窯耐火材料采用平頂結構,方便砌筑,有利于加熱爐的操作和維護。與此時相反,現代企業(yè)是以低水泥、超低水泥和無水泥澆注為依據的,并且在冶金工業(yè)也得到了應用,在普通澆注料基礎上發(fā)展起來的一類高技術耐火澆注料。
在我國水泥工業(yè)得到飛速發(fā)展的背景下,在1960年后,鎂鉻質耐火材料以其良好的使用性能,而被廣泛應用于水泥窯的耐火材料上。但是經檢查,鎂鉻質耐火材料的主要組成原料在使用過程中特別容易和磚里的Cr2O3成份,還有窯氣等相結合,從而導致有毒的化合物的形成。在水泥窯內部加入材料運作后,燃料中所帶入的硫,非常容易和耐火材料互相產生反應,從而導致一種溶于水的Cr6+有毒的致癌物質。然后,在水泥窯里面加工材料時,水泥窯內襯上的含有一部分的Cr6+化合物的鎂鉻磚,會在空氣中,與窯氣、粉塵向外溢散,導致水泥窯廠區(qū)域內大氣污染。如果它飄落在外面的周邊環(huán)境里,就會使得外面的水源發(fā)生污染現象。更嚴重的是,工作人員在維修時,都會進入水泥窯內檢修作業(yè),而其中的窯氣和碎磚粉塵里面含有的有毒物質,直接會給檢修人員造成化學毒害。這樣慢慢就會形成一個死循環(huán),工作人員無法有效的對水泥窯里面的工具和耐火材料進行排查、檢修,就會導致生產的水泥也愈來愈差。
水泥窯耐火材料在投入生產的過程中,會因為時不時地磨損和機械應力產生的磨損,使得水泥窯耐火材料被損壞。還會發(fā)生:氣損、持續(xù)收縮和因為高溫而剝裂產生的軟化損傷。氣損,是指水泥窯耐火材料被侵蝕和破壞掉,預分解窯充分的利用了余熱預熱,堿、硫酸鹽等氯化物在窯內揮發(fā),這與原始生料相比在最熱組預熱器的窯料中R2O差了5倍,更是SO3的3~5倍,與此同時,引起化學反應,造成水泥窯耐火材料的侵蝕和破壞。
持續(xù)收縮是指耐火材料隨著長時間的水泥窯日夜不停地運轉過程中,高溫受熱產生的熱應力收縮,磚縫裂開引起材料脫落現象。
熱剝裂而軟化損傷,是指水泥窯耐火材料壓縮強度遭到損壞,其表面和內部膨脹產生差距應變,并且水泥窯每轉一周受到的周期性溫差就會受到的急冷急熱作用,造成水泥窯的耐火材料表面剝裂,最后崩塌開來。
由于水泥窯耐火材料的環(huán)保性比較差,導致水泥窯的施工效率降低、工作人員以及周邊地區(qū)的安全問題增多,所以建設多功能發(fā)展的水泥窯耐火材料體系刻不容緩。多功能的水泥窯耐火材料包括以下幾個方面:首先是導熱低并且耗能小的水泥窯耐火材料,為了提高以上的這些性能,必須先進行技術上的革新,提高它蘊含的科技力量。把它的微小結構和性能變得更加容易操控,并且要保證技術的穩(wěn)定性,在使用過程中,能夠較大程度的隨意改進不符合的地方。
其次是保證耐火材料的環(huán)保性,可以采用方鎂石—鐵鋁尖晶石磚和鎂鈣鋯磚等。在水泥窯的回轉部分的高溫地帶上,增強耐火材料的掛窯皮性、發(fā)生震動的抵抗能力等等,這樣就能解決耐火材料的環(huán)保問題了。
再次是實現水泥窯用耐火材料全窯無鉻化,可以提高環(huán)保程度,盡量解決鉻污染問題。最后是水泥窯用的耐火材料都具有一定的周期性,在運作結束后,把它重新組合回收,達到重復利用的環(huán)保效果。把一次性資源轉化為二次資源,主要是因為國內利用二次性資源的利用率太低,所以水泥窯耐火材料的環(huán)保節(jié)能性質遲遲得不到好的提升。為了形成高效的利用效率,需要重點研究使用材料重復利用這一塊,推選專業(yè)性人才,務必細致、完美的處理好這些問題。
在面對水泥窯耐火材料出現的各種化學問題時,只有逐個擊破,才能系統的、全面的把問題解決完。首先,針對上文的氣損問題,可以采用與氣體接觸或與氣體凝結物反應速度慢,并且密度較高而強度小的耐火材料,最后對砌縫進行密封。
其次,對于水泥窯耐火材料持續(xù)收縮這個問題來說,企業(yè)應改用永久收縮小的、在燒成帶上能夠對窯筒體進行冷卻的耐火材料,比如鎂鋁尖晶石一類。
再次,面對高溫而剝裂產生的軟化損傷時,首先應該避免快冷快熱,然后再使用抵御熱沖擊性強和負重軟化點高的耐火材料。在分析完每個部分需要什么耐火材料后,需要再細細考量材料的各方面品質。比如,對水泥窯耐火材料的高強高耐磨性進行分析:性能來自材料本身性質。該澆注料主料選用高鋁剛玉質材料,眾所周知,剛玉是一種高硬度高強度的材料,耐磨損是肯定的。但在澆注料里只有顆粒耐磨是沒有用的,還必須結合劑與基質部分同樣耐磨才行,比如,與剛玉同質材料@-Al2O3微粉。
綜上所述,中國是發(fā)展中國家,傳統工業(yè),即高溫工業(yè)仍舊占工業(yè)總生產值的大部分,而水泥窯耐火材料作為支撐高溫工業(yè)發(fā)展的基礎性材料,必須提高其發(fā)展速度。盡管與發(fā)達國家相比,我國水泥窯耐火材料結構中不定形耐火材料比重偏低。但是,我國的水泥窯耐火材料的需求量大,所以未來它將以更快的速度實現普及,相關行業(yè)企業(yè)也有望實現超常規(guī)的發(fā)展。
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