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優質鎂鐵鋁復合尖晶石磚的性能及在水泥回轉窯的應用
發布日期:2016-07-22 10:35:15   瀏覽量:
          水泥工業耐火材料的污染主要由含鉻耐火材料引起,主要途徑有:一是在水泥熟料煅燒過程中,含鉻耐火材料在氧化氣氛和堿性氧化物存在時,在一定溫度下Cr+3會有一部分轉化為對人類有危害的Cr+6,并隨剝落的耐火材料混入水泥熟料中,導致水泥中的鉻含量超標;二是含鉻的廢磚處理不合理,被雨水沖刷流入地下而污染到地下水源。
    20世紀90年代以來我國水泥工業迅猛發展,含鉻耐火材料在水泥窯燒成帶得到大規模的應用,也取得了很好的使用效果,但與此同時,含鉻耐火材料帶來的鉻污染愈加廣泛。為了解決水泥窯用鎂鉻磚引發的環境污染問題,無鉻化已成為當務之急,經過廣大耐火材料工作者的不懈努力,無鉻堿性耐火材料在過去20年得到了長足的發展。開發的水泥窯燒成帶用無鉻耐火材料主要有方鎂石-尖晶石磚、鎂鐵尖晶石磚、鎂鐵鋁復合尖晶石磚等。
    鄭州瑞泰耐火科技有限公司研制的鎂鐵鋁復合尖晶石磚是在原有鎂鐵尖晶石磚的基礎上開發的又一種節能環保的新型耐火材料。
    1、鎂鐵鋁復合尖晶石磚的生產
    1.1原料標準
    進廠原料首先在實驗室進行化學成分分析,其主要化學成分要符合表1要求。

表1 主要原料的化學成分
    1.2原料制備
    檢驗合格的原料,經過顎式破碎機進行粗碎,一部分進入圓錐破碎機進行中碎,經過篩分,將≤5mm的顆粒按照工藝要求,篩分為不同的粒度進入到不同的料倉。>5mm的顆粒部分重新回到圓錐破碎機破碎,另一部分進入筒磨機或雷蒙磨加工成≤0.088mm的細粉備用。
    1.3混練
    采用亞硫酸紙漿廢液作為結合劑,首先將顆粒料加入濕碾機中混練3~5分鐘,加入4/5的結合劑混練3~5分鐘,再加入細粉料混練5~10分鐘(期間根據泥料的干濕程度,適當加入結合劑),泥料混合均勻后可以出料進行造坯成型。
    1.4成型
    采用630噸程控壓力機成型。要求半成品磚坯無麻面,無裂紋,尺寸外形規整,符合半成品標準,半成品體積密度≥3.12g/cm3
    1.5燒成
    檢驗合格的半成品磚坯進入隧道干燥器,經過110℃×24h干燥,檢驗合格后裝車進入高溫隧道窯在弱還原氣氛下燒成,出窯后檢選入庫。
    1.6鎂鐵鋁復合尖晶石磚的理化指標
鎂鐵鋁復合尖晶石磚的標準及實測值見表2。

表2 鎂鐵鋁復合尖晶石磚的理化指標
    2、鎂鐵鋁復合尖晶石磚的性能
    (1)良好的抗侵蝕性能
    首先鎂鐵鋁復合尖晶石磚的純度較高,低熔物較少,其主晶相方鎂石、鎂鋁尖晶石、鎂鐵尖晶石、鐵鋁尖晶石等晶體間的接觸面積較大,直接結合程度較高,低熔物分布在晶體之間形成的三角區內,表現出較好的抗侵蝕性。其次在燒成和使用的高溫下,MgO和鐵鋁尖晶石的Al2O3、Fe2O3或FeO發生一系列反應生成二次尖晶石,這些反應伴隨一定的體積膨脹,提高了材料的致密性,可有效阻止水泥低熔物的滲透。同時磚中的成分與滲入的水泥組分反應生成高熔點物相,提高了低熔物的粘度,延緩其滲透過程。因此,鎂鐵鋁復合尖晶石磚具有良好的抗侵蝕性能。
    (2)良好的掛窯皮性能
    水泥熟料以石灰石和粘土、鐵質原料為主要原料,按適當比例配制成生料,高溫時水泥生料產生熔體,并與耐火磚表面發生反應,通過磚的氣孔向磚內滲透,滲入物進入磚內在低于1200℃的部位固化,形成具有“機械錨固”作用的初始窯皮,初始窯皮再與熟料顆粒粘結,使窯皮逐漸增厚。窯皮的主要成分為硅酸鹽和鋁酸鹽及鐵鋁酸鹽,鎂鐵鋁復合尖晶石磚中含有一定的Al2O3、Fe2O3或FeO成分,合適的A/F值,有利于形成穩定的窯皮,起到自保護作用。
    (3)良好的抗熱震性能
    鐵鋁尖晶石具有熱膨脹系數小、熱導率高的特點,可明顯降低鎂鐵鋁復合尖晶石磚的熱應力。鎂鐵鋁復合尖晶石磚中含有方鎂石、鐵鋁尖晶石、鎂鐵尖晶石、鎂鋁尖晶石等多種物相,由于各種物相的熱膨脹系數不同,使材料內部存在大量的微裂紋,從而增加了材料的韌性。因此,鎂鐵鋁尖晶石磚具有較好的柔韌性及抗熱震性。
    (4)較低的熱導率
    水泥窯的窯襯磚都是單層結構,窯體長期高溫運行容易引起筒體變形,影響窯的運轉,降低水泥產量,因此要求盡量降低窯襯的熱導率。相對于直接結合鎂鉻磚來說,鎂鐵鋁復合尖晶石磚是多相復合材料,導熱系數較低,可降低筒體的表面溫度,減少熱量損失,相應降低了燃料消耗,為提高水泥窯的運轉率和提高使用壽命創造了良好的條件。
    幾種無鉻堿性磚與直接結合鎂鉻磚理化指標比較見表3。

表3 無鉻堿性磚與鎂鉻磚的理化指標
    從表3可以看出,鎂鋁尖晶石磚雖然熱震性能較好,但其掛窯皮性能較差,同時熱導率過高;鎂鐵尖晶石磚雖然各項性能良好,但含有鉻成分,屬于禁止使用的產品;鎂鐵鋁復合尖晶石磚具有較好的綜合高溫性能,目前是水泥窯燒成帶用耐火材料的首選。
    3、鎂鐵鋁復合尖晶石磚的應用
    鄭州瑞泰耐火科技有限公司從2011年開始生產鎂鐵鋁復合尖晶石磚,目前已生產約三萬噸,在直徑4m到5.2m的回轉窯燒成帶使用,均取得了較好的使用效果,典型用戶的使用情況如下。
    (1)2012年6月12日砌筑于遵義三岔拉法基瑞安有限公司Φ4.8×74m窯8~13米部位,至2013年7月22日停窯,正常使用405天,拆除后殘磚厚度最薄130mm,從殘磚情況判斷,最少還能使用兩個月。
    (2)2013年6月用于湖南瀏陽南方水泥有限公司Φ4.8×74m窯3.2~24米部位,正常運轉到2014年10月停窯,共使用16個月,運轉期間燒成帶筒體溫度基本穩定,無炸裂、剝落現象,效果良好。
    (3)2015年1月砌筑于翁源縣中源發展有限公司Φ4×60m窯燒成帶,已運行八個月,還在正常使用中,筒體溫度300℃左右,溫度分布均勻,窯皮厚薄適中,表面平整,磚體無剝落現象。
    我公司生產的鎂鐵鋁復合尖晶石磚已廣泛應用于國內外近百條水泥窯,從三年多各水泥企業的應用情況看:鎂鐵鋁尖晶石磚的高溫性能優異,適應性強,超過了原用直接結合鎂鉻磚的水平,完全可以實現水泥窯燒成帶材料的無鉻化。
    4、結論
    鎂鐵鋁復合尖晶石磚具有抗侵蝕、抗熱震、抗磨損等較好的綜合高溫性能,且導熱系數低,易形成穩定的窯皮,是目前水泥窯燒成帶用無鉻耐火材料的理想選擇。從幾年來眾多水泥企業的應用情況看:鎂鐵鋁復合尖晶石磚運行平穩,適應性強,超過了原用直接結合鎂鉻磚的水平,完全實現了水泥窯燒成帶耐火材料的無鉻化。
 

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