浅议水泥回转窑窑口用耐火浇注料技术

　　2008年，中国水泥年产量13亿多吨，其所用水泥熟料绝大部分是回转窑煅烧而成。近30年来，预分解窑（PC）和预热器窑（SP）陆续投入生产，窑的转速提高3～4倍，工作温度高、热负荷大，原材料成分易变化，有害成分碱金属、硫和氯等物质蒸发和凝聚的数量大，致使碱腐蚀严重。因此，该类窑对耐火材料的品种和质量要求较高，应该认真面对。      在传统水泥回转窑中，不定形耐火材料主要用于前、后窑口和湿法窑链条带等部位，其品种有：高铝质耐火浇注料和钢钎维增强耐火浇注料等；在PC窑和SP窑中，除用于前、后窑口部位外，在分解炉、预热器、三次风管、窑门罩和冷却机等部位也广泛使用不定形耐火材料，其品种有：刚玉质和高铝质耐火浇注料、钢纤维增强耐火浇注料、耐碱浇注料、自流耐火浇注料和隔热浇注料等，用量约占整个窑用耐火材料的1/3。因此，不定形耐火材料在新型窑中占有重要地位。
　　1.回转窑窑口耐火浇注料的使用条件
　　回转窑窑口耐火衬是窑衬的薄弱环节，特别是前窑口耐火衬，使用温度在1100℃左右，需要承受急冷、急热气流冲击，高温水泥熟料磨损和高温有害气体碱腐蚀等，使用条件十分苛刻。衬体的损毁主要是：开裂、剥落和磨蚀，故要求耐火材料必须具有良好的抗热震性、耐磨性和耐碱性。回转窑窑口筒体不变形时，一般可用抗剥落的高铝砖、尖晶石砖和直接结合镁铬砖等定型制品砌筑，并用优质泥浆做接缝料，以便形成整体，防止掉砖，提高寿命。然而，筒体变形普遍存在，故用耐火浇注料浇灌，钢壳上焊上铆固钉，浇注料中掺加钢纤维增强耐火浇注料，按规程施工和烘烤，来满足窑口筒体衬的生产需要。  在国外，水泥窑前窑口上广泛采用刚玉质和高铝质钢纤维增强耐火浇注料，其使用寿命可达2～8个。浇注料的高铝含量高、强度高。因此，抗热震性差、易开裂剥落，降低使用寿命。生产实践证明，钢纤维增强高铝质耐火浇注料的使用效果，比刚玉质浇注料要好。
　　2.回转窑窑口用耐火浇注料的研发
　　回转窑窑口用钢纤维增强刚玉质和高铝质耐火浇注料，在多年使用中易发生开裂剥落，即抗热震性不好，使用寿命较低。据此，北京通达、浙江锦诚和开封特耐等单位，研发了高铝质耐火浇注料、高铝莫来石质浇注料和莫来石质耐火浇注料等，使用寿命一年以上，获得了良好的使用效果。
　　众所周知，黏土砖的抗热震性和耐碱性优于高铝砖，原因是铝含量低；强度高、耐磨性好、抗震性差。在窑口用浇注料中，Al2O3含量为50%～70%，强度适中（既兼顾耐磨性，又有适宜的抗热震性），烘干和耐压强度（1100℃）分别约为40MPa和70MPa。应当指出，耐火浇注料是由骨料、粉料、结合剂和外加剂（物）等组成，使用前基质中的相组成处于非平衡状态，使用时在高温作用下，基质中的各组分将遵循相平衡关系重新组成新的相平衡（即获得优良的使用性能和原位反应）。因此，应当选择适用的组成材料，优化配料设计，达到良好的烧结性、体积稳定性、耐蚀性和高温力学性能。
　　①主体材料的选用
　　前窑口耐火衬因急冷、急热频繁，使用温度在800℃～1250℃范围内，可起到承受水泥熟料磨损和碱腐蚀的作用。耐火浇注料主体材料的选用，必须根据其使用条件决定，以达到既成本低又好用的目的。
　　耐火骨料选用二三级矾土熟料、焦宝石和莫来石等，临界粒径放大，并应合理进行颗粒级配，达到致密化，有利于提高材料的抗热震性和强度。
　　耐火粉料、结合剂和外加剂（物）等材料，是耐火浇注料的基质材料，也必须进行合理的颗粒级配，以便提高其性能。在常温下，能获得施工强度，在高温作用下，易发生相转变、进行烧结。同时，材料之间会产生原位反应，其微膨胀能抵消烧结收缩，提高浇注料的抗热震性和强度。
　　耐火粉料选用刚玉、矾土熟料、莫来石和碳化
　　硅等材料，破碎成各种粒级进行组配。同时，应加超微粉填充空隙，且活性大、易产生原位反应，提高基质性能。
　　结合剂选用铝酸钙水泥、超微粉和磷酸盐等，一般复合使用；其用量应确保拆模强度，并使烘干耐压强度达到40MPa左右。
　　②外加剂（物）的选用
　　不定形耐火材料是典型的原位反应耐火材料，因此外加剂（物）的选用十分重要，必须确保施工性能、烘烤性能，高温下原位反应的进行，可获得优良的材料性能。窑口耐火浇注料用的外加剂（物）主要有：分散剂、促凝剂、增塑剂、烧结剂、膨胀剂和防爆剂等。现重点介绍一下烧结剂，其品种材料有生黏土、锆英石、钛白粉和辶化物等。该类物质在使用温度下，进行原位反应，生成一定数量的莫来石晶体、锆石相、钛铝酸盐晶体和不一致熔融化合物（2Al2O3·B2O3）等，伴有体积膨胀产生微裂纹，能补偿其烧结收缩，从而使浇注料产生烧结强度，耐腐蚀能力和良好的抗热震性。
　　烧结剂用量因品种材料而异（一般为1%～7%），过量用烧结剂，原位反应产生较大的膨胀和液相，致使浇注料抗热震性和耐蚀性降低，也影响使用效果。因此，应根据使用温度、烧结层厚度、体积稳定性和耐蚀性要求，合理选用烧结剂的品种和用量，以满足实际使用要求。
　　外加剂（物）主要有耐热钢纤维等，在窑口用耐火浇注料中，选用446号和304号钢纤维，可满足使用要求（用量为1%～4%）。其作用是能抑制基质产生裂纹或阻止裂纹扩展，提高料的抗热震性。实验证明，冷热循环10次后的抗折强度，钢纤维增强耐火浇注料比未加钢纤维的浇注料高3～4倍（即提高抗热震性），在前窑口耐火衬上使用，使用寿命一年以上。因此，在窑口用耐火浇注料中，必须加耐热钢纤维。应当指出，配制钢纤维耐火浇注料时，必须将钢纤维均匀混拌在浇注料中，防止钢纤维成团，否则将降低窑口耐火衬的使用寿命。
　　总之，回转窑窑口用耐火浇注料的材料组成，应根据其使用条件来确定，并保证基质料间原位反应
　　烧结性和体积稳定性，从而获得良好的抗折强度、抗热震性和耐腐蚀性。同时，适量添加外加剂（物），并合理选择其品种和用量，才能提高材料的施工性能和使用性能。钢纤维增强铝莫来石质耐火浇注料，在窑口使用的作用已初见成效，应大力推广使用。