回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運流槽高強耐磨澆注料的研制與應(yīng)用

薛海濤，叢培源

（中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢430081）

隨著石灰窯大型化，高效化發(fā)展，對內(nèi)襯耐火材料要求越來越高，一旦耐火材料發(fā)生損毀，直接影響整窯的正常運行及設(shè)備壽命。特別是轉(zhuǎn)運流槽使用條件苛刻，國內(nèi)外對此進(jìn)行了大量優(yōu)化設(shè)計，大多采用剛玉質(zhì)及碳化硅質(zhì)材料，但由于熱振性能不好，總體壽命不高。本文以莫來石為主原料，利用莫來石本身抗熱振性能好，加入5%的活性硅微粉和2%的鋼纖維，通過整體澆筑施工方式，材料高溫強度高，熱振穩(wěn)定性好，抗剝落性優(yōu)良，能達(dá)到和超過一年使用壽命，為石灰窯穩(wěn)定運轉(zhuǎn)提供了保證。

1 回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運流槽簡介

轉(zhuǎn)運溜槽用于向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)轉(zhuǎn)送物料，外形呈漏斗狀，耐材設(shè)計以澆注料為主，輔助砌筑碳化硅磚（見圖1），此處主要受石灰石的沖擊、磨損和高溫氣流沖刷及堿性物料浸蝕，要求選用強度高、熱振穩(wěn)定性好、抗沖擊和耐磨性好的耐火材料[1]。選用國外某公司60%Al2O3低水泥澆注料、碳化硅磚（相關(guān)指標(biāo)見表 1、表 2）。

圖1 轉(zhuǎn)運溜槽結(jié)構(gòu)示意圖

表1 60%Al2O3 低水泥澆注料指標(biāo)

表2 碳化硅磚指標(biāo)

2 高強耐磨澆注料的研制

針對回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運溜槽使用特點及使用溫度，材料要求流動性好、強度高、耐磨性好。采用棕剛玉、莫來石為骨料，配以純鋁酸鹽水泥為結(jié)合劑，為了進(jìn)一步增強和改善材料韌性，減少材料剝落掉塊現(xiàn)象，加入一定量耐熱不銹鋼纖維。其基本試樣配方為：M60（8-1）36%～45%，棕剛玉（1～0，200 目）30%～40%，活性硅微粉3%～7%，活性氧化鋁粉2%～6%，S71 水泥3%～5%，不銹鋼鋼纖維1%～4%，外加劑0.2%左右。

2.1 硅微粉加入量對材料流動性的影響

對于澆注料，流動性是施工最重要的指標(biāo)。為了使?jié)沧⒘嫌休^好流動性，在加水量保持4.5%不變的情況下，加入硅微粉量與流動值關(guān)系如圖2 所示。

活性硅微粉具有較小的粒徑，平均為0.1～0.5 μm，具有較大的比表面積，起到填充減水、改善流動性作用。高溫下水泥中的CaO 會與A12O3和SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點相，降低澆注料的高溫性能[2]。因此在滿足最小加水量的同時，盡可能減少氧化硅微粉的加入量。通過試驗，發(fā)現(xiàn)加入5%的硅微粉能達(dá)到最好效果。

圖2 SiO2 加入量對流動值影響圖

2.2 不銹鋼纖維加入量對材料性能的影響

回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運溜槽在溫度變化及料塊沖刷下，易產(chǎn)生裂紋剝落，通過添加不銹鋼纖維，在一定溫度下能改善其韌性，承受澆注料所產(chǎn)生的應(yīng)力，阻止其裂紋擴展，從而減少剝落掉塊現(xiàn)象。本實驗選用熔抽方法生產(chǎn)的鋼纖維，表面粗糙，形成扁凹形，與耐火澆注料的握裹力強，有利于加強澆注料的增強增韌作用。

由于鋼纖維澆注料增韌沒有直接測量方法，采用試樣尺寸70 mm×70 mm×70 mm 立方體，經(jīng)1 100℃×3 h 煅燒后，將重量為 0.8 kg，直徑為 60 mm 的鐵球從100 cm 高處自由下落碰撞到試塊，記錄試塊第一次出現(xiàn)裂縫和破壞時的碰撞次數(shù)。加入不同量鋼纖維碰撞結(jié)果見表3。

表3 不同鋼纖維加入量澆注料的碰撞試驗結(jié)果

從表3 可以看出，加入3%鋼纖維的澆注料具有最好增韌效果，由于加入鋼纖維后，對材料的流動性有一定影響，綜合成本和材料性能，最終加入鋼纖維量為2%。

最終研制的高強耐磨澆注料性能指標(biāo)見表4。

3 高強耐磨澆注料的施工

材料施工對材料最終使用性能有至關(guān)重要影響，高強耐磨澆注料施工步驟如下：

（1）基層處理

表4 高強耐磨澆注料性能檢測數(shù)據(jù)

由于回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運流槽的損毀絕大部分是由于材料層從基層界面處脫落而導(dǎo)致的，因此基層的處理至關(guān)重要。基層應(yīng)焊接鋼筋錨固件，錨固件按梅花型分布，保持合理間距，在特殊部位可以加密錨固件，以增加澆注層與基層的附著力。

（2）澆注料的攪拌

澆注料宜采用攪拌機攪拌，加入材料后先干攪1～2 min，再加水?dāng)嚢?，攪拌時間一般為 2～3 min。要嚴(yán)格控制好加水量。具體使用環(huán)境溫度對加水量影響較大，可適當(dāng)調(diào)整，加水?dāng)嚢钑r應(yīng)注意該材料流變性有一個瞬間變化過程，因此要嚴(yán)格控制材料加水量，切勿因加水過多而影響使用效果。攪拌地點應(yīng)盡量靠近施工地點，減少運輸距離。每次攪拌量應(yīng)視使用量多少而定，攪拌后的材料應(yīng)在30 min 內(nèi)使用完畢。

（3）養(yǎng)護(hù)

夏季施工，施工完畢后自然養(yǎng)護(hù)即可。冬季施工，應(yīng)采取一定的保溫措施，如加蓋草袋或巖棉被。由于材料的強度隨養(yǎng)護(hù)時間增加是一個線性增長的過程，因此，條件允許的前提下，應(yīng)盡量延長養(yǎng)護(hù)時間。

施工現(xiàn)場圖片見圖3。

圖3 高強耐磨澆注料施工現(xiàn)場圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

太鋼東山礦回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運流槽在使用過程中，內(nèi)部澆注料及碳化硅磚剝落，爐殼溫度急劇升高，采用本實驗研究的高強耐磨澆注料進(jìn)行整體澆筑，現(xiàn)場使用1 a，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好，表面溫度低于100 ℃，使用效果良好。

5 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化基質(zhì)，加入5%活性硅微粉，改善材料施工性能，通過加入2%鋼纖維，提高材料的韌性，最終使材料有較高強度和抗沖刷能力。

（2）采用本研究高強耐磨澆注料對太鋼東山礦回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)運流槽進(jìn)行整體澆注，爐殼溫度由最初420 ℃，使用一年后，爐殼表面溫度低于100 ℃，為回轉(zhuǎn)窯長期穩(wěn)定運行提供了保證。