淺談新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　1、內(nèi)襯材料的發(fā)展

　　根據(jù)新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯的煅燒特點(diǎn)，在窯內(nèi)大量地使用堿性磚。上世紀(jì)60年代和70年代，水泥窯燃料主要為燃油，從過(guò)渡帶至燒成帶均采用鎂鉻磚，80年代起，因燃油價(jià)格上漲，燃煤逐步取代燃油，此時(shí)發(fā)現(xiàn)在原料中堿硫含量較高的窯上過(guò)渡帶鎂鉻磚使用周期遠(yuǎn)較燒成帶鎂鉻磚的使用周期短，此時(shí)，適宜于過(guò)濾帶工況條件的尖晶石鎂磚逐步在過(guò)渡帶得到應(yīng)用。80年代中期，部份工業(yè)化國(guó)家和地區(qū)限制6價(jià)鉻公害加速了此進(jìn)程。進(jìn)入90年代，因環(huán)保需求和價(jià)格更為便宜的工業(yè)廢燃料逐步取代燃煤，對(duì)耐火襯料提出更為苛刻的技術(shù)需求，促進(jìn)了各種堿性磚的發(fā)展。

　　2、各種堿性磚的技術(shù)發(fā)展過(guò)程

      新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯所用的堿性磚有4種，即鎂鉻磚、尖晶石鎂磚、白云石磚、鎂鋯磚。分別介紹其發(fā)展過(guò)程。

　　2.1鎂鉻磚

　　鎂鉻磚是從冶金工業(yè)平爐引進(jìn)的，早期為硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚，性能較差，適應(yīng)不了新型干法窯熟料液相和堿氯硫等有害成份的化學(xué)侵蝕，機(jī)械性能也較差，從上世紀(jì)60年代起，出現(xiàn)性能優(yōu)良的直接接合鎂鉻磚取代硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚。直接結(jié)合鎂鉻磚具有較高的抗高溫性能，抗SiO₂侵蝕，和抗氧化還原作用。同時(shí)具有較高的高溫強(qiáng)度和抗機(jī)械應(yīng)力，以及較好的結(jié)窯皮性能，因而大量地用在燒成帶和熱工制度穩(wěn)定的上過(guò)渡帶。由于鎂鉻磚在水泥窯內(nèi)使用時(shí)，在堿（或硫）的作用下，穩(wěn)定的3價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為氧化能力極強(qiáng)的6價(jià)鉻，對(duì)人體的皮膚、呼吸神經(jīng)、肺等造成嚴(yán)重的危害，從上世紀(jì)80年代中期起工業(yè)化國(guó)家紛紛制定一系列環(huán)保、衛(wèi)生等方面的規(guī)范，對(duì)水泥窯的鎂鉻磚的殘磚和水泥廠排水進(jìn)行全面監(jiān)控，鎂鉻磚的使用受到一定程度的限制。鎂鉻磚由于優(yōu)良的性能和低廉的價(jià)格，在世界上相當(dāng)多的地區(qū)和國(guó)家仍在使用。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，性能更為優(yōu)良的超直接接合鎂鉻磚已出現(xiàn)在工況條件較為苛刻的新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯上。

　　2.2尖晶石鎂磚

　　尖晶石鎂磚產(chǎn)品出現(xiàn)較早，但早期產(chǎn)品對(duì)熱應(yīng)力敏感性強(qiáng)，抗鹽侵蝕能力不足，以及掛窯皮性能差等缺點(diǎn)，一直未能在水泥窯上大量應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以后，由于鉻公害以及燃煤燃燒和原料性能的影響，出現(xiàn)了預(yù)反應(yīng)尖晶石砂和鎂砂為基本原料制成的磚，由于具有比鎂鉻磚優(yōu)良的熱機(jī)械性能和抗熱化學(xué)侵蝕能力，以及具有無(wú)鉻化的特點(diǎn)，從上世紀(jì)80年代起，在預(yù)分解窯的上過(guò)渡帶逐步取代鎂鉻磚。

　　從上世紀(jì)90年代起，為適應(yīng)不同的工況條件，尖晶石磚的性能進(jìn)一步改善，出現(xiàn)了不同性能的尖晶石磚，即增加粗顆粒級(jí)配，進(jìn)一步提高抗化學(xué)侵蝕適應(yīng)于燃燒工業(yè)廢燃料的尖晶石磚，為解決尖晶石磚不易掛窯皮，導(dǎo)熱系數(shù)高的缺點(diǎn)，適當(dāng)提高Fe₂O₃的含量，降低顯氣孔率，易于粘附窯皮的尖晶石鎂磚。為進(jìn)一步提高抗化學(xué)侵蝕和抗機(jī)械應(yīng)力降低Fe₂O₃含量的新品種尖晶石鎂磚，從而逐步擴(kuò)大使用范圍。

　　2.3白云石磚

　　白云石磚是上世紀(jì)50年代出現(xiàn)的，由于磚內(nèi)含有大量的fCaO和熟料中的C₂S反應(yīng)，生成C₃S為特征的穩(wěn)定性窯皮，在燒成帶使用較為合適。fCaO易吸附水，白云石磚在儲(chǔ)存和停窯期間易吸潮水化，在運(yùn)轉(zhuǎn)率較高的窯內(nèi)使用較合適。上世紀(jì)90年代以來(lái)，白云石磚的性能有較大的改進(jìn)，如加入1%～3%的ZrO₂顆粒，適當(dāng)?shù)亟档捅碛^顯氣孔率，以改善白云石磚抗熱震性能差的缺點(diǎn)。為適應(yīng)煅燒工業(yè)廢料，出現(xiàn)了增鎂鋯低氣孔率的白云石磚，不僅保持較好的掛窯皮性能，還具有較高的抗硫、氯等有害物侵蝕能力。

　　2.4鎂鋯磚

　　鎂鋯磚的專利是上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的，90年代才在預(yù)分解窯上應(yīng)用。工業(yè)廢燃料的使用，增加了窯內(nèi)有害物的富集，若燃料中含硫量較高時(shí)，在上過(guò)渡帶溫度超過(guò)1500℃時(shí)，尖晶石易被熟料侵蝕，生成C₁₂A₇或C₄A₃S，致使火磚致密剝落損壞。由于氧化鋯的熔化點(diǎn)為2715℃，當(dāng)溫度超過(guò)1660℃才被熟料侵蝕。因此鎂鋯磚具有較高的耐火度。氧化鋯顆粒的另一特點(diǎn)是顆粒四周形成微裂紋，從而吸收外部應(yīng)力，在熱態(tài)和冷態(tài)條件下，具有較大的抗斷裂強(qiáng)度。在一系列對(duì)比試驗(yàn)中，鎂鋯磚在抗SO₃、CO₂、堿蒸汽、Cl^-等有害物侵蝕，以及抗熟料液相侵蝕，氧化還原氣氛，以及較高的抗壓強(qiáng)度等，都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。早期的鎂鉻磚存在著導(dǎo)熱系數(shù)高于尖晶石磚的缺點(diǎn)，此情況已被改善，含量4%～7%ZrO₂的鎂鋯磚的導(dǎo)熱系數(shù)已低于尖晶石磚。鎂鋯磚具有優(yōu)良的性能，用在工況條件苛刻的窯內(nèi)，此趨向在擴(kuò)大。其發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步提高性能和在保持優(yōu)良性能的前提下，降低生產(chǎn)成本，便于推廣應(yīng)用。

　　3、內(nèi)襯材料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　近期內(nèi)堿性磚發(fā)展動(dòng)向總的趨勢(shì)大致如下：

　　（1）上世紀(jì)80年代以前，世界市場(chǎng)上水泥窯用的堿性磚主要為鎂鉻磚和白云石磚兩種，至上世紀(jì)80年代初，鎂鉻磚占?jí)A性磚消耗總量的85%以上，而進(jìn)入上世紀(jì)90年代已逐步下降至50%以上。但從上世紀(jì)90年代以來(lái)，下降幅度不大，資料估計(jì)至2007年，水泥窯所需的鎂鉻磚約為40萬(wàn)噸/年，仍然超過(guò)總量的40%，堿性磚在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然生存發(fā)展。

　　（2）尖晶石鎂磚，是上世紀(jì)80年代用于水泥窯上的，從上世紀(jì)80年代中期低于4%逐步上升到上世紀(jì)90年代末的30%以上。

　?。?）白云石磚從上世紀(jì)70年代起直至目前始終保持8%～10%的占有量。

　?。?）2000年以后，鎂鋯磚的用量有可能增加，加上尖晶石鎂磚和白云石磚組成無(wú)鉻磚的消費(fèi)量進(jìn)一步擴(kuò)大，無(wú)鉻化趨勢(shì)將進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　4、結(jié)論

　　從以上分析可知，近期內(nèi)我國(guó)新型干法水泥窯的產(chǎn)量和技術(shù)水平將有較大發(fā)展，配套的回轉(zhuǎn)窯用堿性磚襯料必須適應(yīng)如下發(fā)展趨勢(shì)：

　?。?）提高直接接合鎂鉻磚和尖晶石鎂磚的質(zhì)量，達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)有5000t級(jí)預(yù)分解窯所引進(jìn)的同類型耐火襯料的技術(shù)要求，以滿足2000～5000t/d級(jí)窯所需的襯料。同時(shí)保持現(xiàn)有此類磚的質(zhì)量，以滿足2000t/d級(jí)以下窯的需求。

　?。?）開發(fā)鎂鋯磚，以滿足大型預(yù)分解窯和原燃料結(jié)構(gòu)變化后的需求，解決白云石磚水化等技術(shù)性能及應(yīng)用問(wèn)題，擴(kuò)大尖晶石鎂磚的特性和應(yīng)用范圍，以滿足無(wú)鉻化的需求。