??? 水泥旋窯燒成系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)耐火磚在長(zhǎng)期生產(chǎn)中要受到損壞，襯體垮塌和抽簽掉磚現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，大窯作業(yè)率低，停窯檢修頻繁，加上隨著產(chǎn)量的增加、窯速的加快、窯徑的增大、窯內(nèi)物流量的加大，上述現(xiàn)象的發(fā)生嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的發(fā)展。就窯襯而言，它的組成是諸多個(gè)單元組合而形成，其損毀機(jī)理原因是多方面的，歸納起來有以下幾個(gè)主要方面：
??? 1、窯筒體橢圓度及局部變形對(duì)襯磚的壓應(yīng)力襯磚在窯內(nèi)受窯體斷面橢圓度引起的壓應(yīng)力，壓應(yīng)力隨筒體橢圓度、襯磚厚度、磚的壓縮彈性模量增加而增大，隨窯徑增大而減小。
??? 在回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程中，窯型的不同，產(chǎn)品各異，但料漿中多數(shù)含有一定濃度的氧化鈉、氟化物和硫化物，在高溫時(shí)，產(chǎn)生堿蒸氣和其他化學(xué)侵蝕性氣體。尤其是堿性氣體對(duì)窯襯有較強(qiáng)的侵蝕性，當(dāng)堿金屬（鈉鹽）在砌體或澆注料中富集后，使襯體疏松、膨脹，強(qiáng)度明顯下降以及耐火磚起皮剝落，加速了磨損和損毀。同時(shí)操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐赏搀w局部變形，使該部位的筒體橢圓度和筒體半徑發(fā)生較大變化，使壓力增加而損壞磚襯。此外，局部變形較大時(shí)，襯磚難以砌筑，若膠泥的粘結(jié)強(qiáng)度較低或高溫粘結(jié)強(qiáng)度不夠時(shí)，該部位襯體易垮磚、掉磚，易變形的部位主要有燒成帶和過渡帶等高溫部位輪帶下的筒體。
??? 2、磚塊是沿筒體呈輻射狀均勻有序排列的，每個(gè)磚縫都向筒體中心形成一定的夾角，使之受力均勻，但當(dāng)筒體熱態(tài)停窯或筒體過熱產(chǎn)生變形時(shí)，就破壞了窯襯的幾何結(jié)構(gòu)，影響了襯體的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，由于筒體變形傳動(dòng)齒輪嚙合不好，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生扭曲和震動(dòng)，使窯襯受到機(jī)械性損害。如窯襯是干砌的，一旦發(fā)生抽簽或掉磚則會(huì)引起連鎖反應(yīng)。
??? 3、高溫直墻襯體受熱膨脹倒塌。在生產(chǎn)時(shí)，由于襯磚和金屬外殼之間的溫度差別較大，形成不相等的膨脹，相互之間很難結(jié)合在一起。同時(shí)襯磚的磚縫也因襯磚熱膨脹出現(xiàn)松動(dòng)而有縫隙。高溫?zé)釟饬魍高^縫隙接觸金屬外殼，因此接觸到熱氣流的部分金屬外殼則膨脹向外鼓出。同時(shí)，高溫氣流內(nèi)的粉塵沉積在該空隙內(nèi)，迫使襯體向內(nèi)傾斜。在生產(chǎn)的過程中這一現(xiàn)象反復(fù)加劇，當(dāng)襯墻傾斜到一定位置則出現(xiàn)倒塌。直墻倒塌與該部位的溫度有關(guān)，溫度愈高倒塌愈嚴(yán)重。該現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在預(yù)熱分解窯的窯尾預(yù)熱器分解爐、三次風(fēng)管沉塵室、窯門罩、篦冷機(jī)直墻上，也出現(xiàn)于立波爾窯加熱機(jī)的熱室直墻，余熱鍋爐的進(jìn)料煙室以及濕法和其他窯型窯門和冷卻機(jī)的直墻上。
??? 4、設(shè)備設(shè)計(jì)對(duì)襯體砌筑考慮不周。單筒冷卻機(jī)火磚與揚(yáng)料板混合部位；濕法窯鏈條帶。濕法窯鏈條掛腳設(shè)計(jì)不合理，砌襯困難，也易引起掉磚。
??? 5、窯襯在局部檢修時(shí)，新舊襯體交接而不規(guī)則出現(xiàn)掉磚，換磚時(shí)一般僅更換損壞嚴(yán)重的部位，但保留的磚已經(jīng)磨損，新舊二種磚的交接面不一致，相互連接較為困難，該部位襯磚生產(chǎn)受熱時(shí)，容易出現(xiàn)漲裂掉磚。若周邊的襯磚粘結(jié)不強(qiáng)，易出現(xiàn)垮磚。此現(xiàn)象在國內(nèi)一些仍采用錯(cuò)砌的老式回轉(zhuǎn)窯上尤為突出。
??? 6、耐火材料質(zhì)量?jī)?yōu)劣，與選材和使用不當(dāng)與窯襯使用周期長(zhǎng)短有直接關(guān)系。但有些廠家卻忽視了耐火材料的質(zhì)量檢查驗(yàn)收。一些氣孔率高、抗壓強(qiáng)度低、線變化率大，尤其是欠燒的高鋁磚等，雖然Al2O3含量很高，但機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性由于中溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹，高溫時(shí)又出現(xiàn)重?zé)湛s，致使其機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能劣化。目前很多廠家使用傳統(tǒng)的耐火泥或粘接強(qiáng)度欠佳的材料砌筑。雖然價(jià)格便宜，但早已不適應(yīng)現(xiàn)代具有高溫高產(chǎn)窯速快特點(diǎn)的懸浮預(yù)熱和預(yù)分解窯（NSP窯），懸浮預(yù)熱器窯（SP窯）及其他窯種的需要。由于耐火泥屬于高溫?zé)Y(jié)性材料，在低于1300℃條件下是沒有什么強(qiáng)度的，只不過是填充物，即使在1400℃時(shí)，因窯內(nèi)壁與外壁的溫度梯度關(guān)系，也不可能使整個(gè)窯襯厚度都被燒結(jié)，其強(qiáng)度不足磚的1/4。粘結(jié)強(qiáng)度只有零點(diǎn)幾個(gè)MPa。因此，在高溫條件下會(huì)粉化流失，使磚塊松動(dòng)抽簽掉磚。磷酸泥漿是以磷酸作膠結(jié)劑，幾乎不含生粘土，450℃以上產(chǎn)生較高強(qiáng)度，比耐火泥好得多，但往往因困料時(shí)間不足和其它原因，強(qiáng)度明顯下降，加上流淌、粘膩影響了使用效果。更重要的無常溫強(qiáng)度，給施工和冷態(tài)轉(zhuǎn)窯帶來不利影響。我們通過對(duì)數(shù)十家水泥廠和種窯形研究后，認(rèn)為砌筑用的泥漿性能欠佳是造成抽簽、掉磚、窯襯整體性差的主要原因。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究與工程實(shí)用試驗(yàn)和不斷完善，我們研制了一種常溫粘結(jié)強(qiáng)度高、高溫性能好、抗腐蝕，適用于現(xiàn)代回轉(zhuǎn)窯襯的科光871系列高溫高強(qiáng)膠泥，并獲國家發(fā)明專利以及由科技部、國家稅務(wù)局、國家外貿(mào)部、國家技術(shù)監(jiān)督局、國家環(huán)?？偩钟?999年聯(lián)合頒發(fā)的“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品”證書等諸多榮譽(yù)。
??? 一、科光871系列高溫膠泥的研制
??? 對(duì)垮磚原因的分析表明，燒成設(shè)備襯體在生產(chǎn)過程中垮磚和掉磚的原因是多方面的。解決的途徑也是多方面的。較為簡(jiǎn)便的解決方法是配制一種高中低溫下均有較高強(qiáng)度的膠泥，不僅能將襯體牢固地膠結(jié)在金屬筒體上，而且襯體之間也能牢固地膠接，與襯磚相接觸的坑凹部位也能用此膠泥填補(bǔ)，使之保持整體，并在不同的溫度下具有較強(qiáng)強(qiáng)度，使襯體在生產(chǎn)過程中保持牢固而不易掉磚和垮磚，此舉勢(shì)必減少熱——機(jī)械對(duì)襯磚的作用力，提高襯磚的使用周期。
??? 江西科光窯爐材料有限公司研制成“科光871”高溫膠泥系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品由耐火材料、稀土元素和多種化工原料混煉而成。以有機(jī)膠和無機(jī)膠組成的膠液，在低溫時(shí)形成很高的粘接力和附著力。中溫時(shí)借助易早期出現(xiàn)液相的化工原料，使燒結(jié)溫度變寬，加上采用復(fù)合微（＜3微米）粉技術(shù)，使其結(jié)構(gòu)致密，提高中溫強(qiáng)度。高溫時(shí)以化學(xué)結(jié)合與多種稀土元素與基料中的復(fù)合微粉在高溫作用下，形成針狀莫來石，以離子交換形式，以基料中的鉀鈉置換膠液中的氫離子，使擴(kuò)散層增厚，加大電位，基料顆粒中負(fù)電荷增加，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成：次陶瓷燒結(jié)，使材料的高溫耐磨性、抗熱震性、耐沖擊性和抗剝落性均大幅度提高，上述泥漿具有如下特點(diǎn)：
??? 1.該材料具有氣硬性膠泥特性，早期強(qiáng)度高；2.具有化學(xué)粘附與陶瓷燒結(jié)雙重粘結(jié)功能；3.熱穩(wěn)定性好，不受窯溫高低、停窯降溫次數(shù)、磚大小的影響，整體性強(qiáng)；4.施工性能好，不需困料，用機(jī)械攪拌3-5分鐘后呈油膏狀，細(xì)膩、滑潤(rùn)，有良好的延展性，施工時(shí)用手搓動(dòng)后膠泥即可充滿磚縫，不需榔頭敲打，減少襯磚損壞。材料采用復(fù)合包裝，無保持期限，可長(zhǎng)期貯存，保證檢修需求，縮短砌筑時(shí)間；5.材料具有較高強(qiáng)度，不僅能作膠泥，而且可以填補(bǔ)襯磚的長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)的破損凹溝等；6.使用面廣，不僅用于水泥窯，也可用于冶金、化工等行業(yè)的窯；7.清理方便，在停窯檢修時(shí)，對(duì)原來使用的高溫膠泥清理方便，且不影響施工。
??? 二、變形部位筒體的襯磚砌筑
??? 變形部位筒體襯磚砌筑大致分二類，即徑向砌筑和縱向砌筑。為使高溫膠泥發(fā)揮更大作用，砌筑按下述圖例為宜。若個(gè)別廠筒體變形超過圖例，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況處理，由于高溫膠泥具有較強(qiáng)的粘性和較高強(qiáng)度，多數(shù)窯出現(xiàn)筒體變形后均能施工。
??? 1.徑向砌磚。（見圖1）
??? 2.縱向砌磚。（見圖2）
??? 三、原材料的選擇
??? 科光871系列高溫膠泥對(duì)原料有較高的質(zhì)量要求。鋁礬土必須充分煅燒、吸水率低、體積密度穩(wěn)定；結(jié)合劑應(yīng)具有高分散性和可塑性，有助于燒結(jié)和晶格轉(zhuǎn)變；原料應(yīng)具有常溫粘附力強(qiáng)，高溫時(shí)有助于陶瓷化并具有良好的施工性能。根據(jù)上述要求，我們對(duì)可供選擇的數(shù)十種原料經(jīng)多次組合篩選和組方測(cè)試后確定：以山西陽泉回轉(zhuǎn)窯優(yōu)一級(jí)礬土熟料粉磨至0.5-0.075mm左右和＜3um的鋁氧微粉及ZrO含量65%的鋯英砂、蘭晶石成基質(zhì)；結(jié)合劑為改性結(jié)合粘土等組成，化學(xué)添加劑采用多組分無機(jī)與有機(jī)復(fù)合膠體。礬土熟料A l 2 O 3含量高， 而且約6 0 % 以上已轉(zhuǎn)變成剛玉（α-Al2O3），并與具有活性的鋁氧粉（作為微粉）、適量鋯英砂匹配，組成的基質(zhì)，可使其具有良好的高溫性能和耐沖刷、抗熱震、重?zé)€變化小、耐堿蒸汽侵蝕等性能。結(jié)合劑是以生粘土加入少量礦化劑和混合稀土混碾后制得的。改性后的結(jié)合劑與基礎(chǔ)材料配合使用，能在較低的溫度下出現(xiàn)液相，加劇固相反應(yīng)，加強(qiáng)傳質(zhì)過程，降低氣孔率提高抗熱應(yīng)力能力。并可使基質(zhì)材料中Al2O3、SiO2生成莫來石（A3S2）。以蘭晶石為膨脹劑，可在適當(dāng)?shù)牧６群图兌葪l件下，從500℃開始產(chǎn)生膨脹，到1400℃以上的最高膨脹值達(dá)16%-18%的永久性膨脹，用以彌補(bǔ)因膠泥中水分蒸發(fā)后產(chǎn)生的體積收縮，并與砌體同步?；瘜W(xué)添加劑由分散劑、增塑劑等組成，便對(duì)提高物理性能和施工性能有非常重要的作用。
顆粒組成與膠泥性能的影響。
??? 目前砌筑用材料一般都采用筒磨粉，粒度0.088mm，而顆粒分布大部分在0.075mm以上，顆粒組成不合理。實(shí)際上顆粒組成對(duì)調(diào)節(jié)高溫強(qiáng)度、施工性能有非常重要意義。在結(jié)合劑、化學(xué)添加劑用量相同時(shí)，按不同顆粒組成作了分組對(duì)比試驗(yàn)。膠泥中＜0.075mm的細(xì)粉為55%的抗折強(qiáng)度大，當(dāng)大于65%時(shí)不但強(qiáng)度有所下降，而且有裂紋，烘干收縮率變大，施工性能變差，這說明不是粉料越細(xì)越好，關(guān)鍵是要有較大的堆積密度。但耐火度和荷重軟化溫度無較大差異。結(jié)合劑和化學(xué)添加劑用量變化時(shí)，對(duì)上述性能有明顯影響。膠泥的物理性能試驗(yàn)?zāi)z泥除具有較好的高溫性能之外，粘結(jié)時(shí)間的長(zhǎng)短是影響施工質(zhì)量和施工性能的關(guān)鍵。在基質(zhì)材料數(shù)量與粒度一定時(shí)，化學(xué)添加劑用量對(duì)粘結(jié)時(shí)間有直接影響。經(jīng)實(shí)砌筑試驗(yàn)認(rèn)為，粘結(jié)時(shí)間一般在100-120S最好，而且不粘膩，不流淌，有良好的延展性。耐火度和荷重軟化溫度是衡量膠泥性能的重要指標(biāo)，為達(dá)到較高的耐火度和荷重軟化溫度，我們選用了純度高、燒結(jié)完全的礬土熟料及鋯英砂等，而且占基質(zhì)總量95%以上，有效地提高了耐火度和荷重軟化溫度。粘結(jié)強(qiáng)度是膠泥研制中的重點(diǎn)指標(biāo)。即要有足夠的常溫條件下的相對(duì)強(qiáng)度，又要達(dá)到中溫和高溫強(qiáng)度不下降的目的。
??? 四、結(jié)論
??? 1、科光871型膠泥利用化學(xué)與稀土元素在常溫條件下可自行固化，中溫可出現(xiàn)早期液相，產(chǎn)生高強(qiáng)度，高溫時(shí)由于改性粘土與基質(zhì)進(jìn)行化合反應(yīng)，形成大分子結(jié)構(gòu)和環(huán)狀四面體骨架，產(chǎn)生陶瓷燒結(jié)。從20℃常溫到1400℃區(qū)間無強(qiáng)度低谷，可廣泛用于各類回轉(zhuǎn)窯、旋風(fēng)筒、冷卻機(jī)和三次風(fēng)管內(nèi)砌筑等其他工業(yè)窯爐。
??? 2、由于膠泥具有化學(xué)粘附與陶瓷燒結(jié)雙重粘結(jié)功能，其粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品，能抵御因筒體變形、機(jī)械震動(dòng)對(duì)窯襯的損害，從而達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命5-10倍的目的。
??? 3、科光871型膠泥屬氣硬性膠泥，在常溫20℃左右抗折強(qiáng)度即可達(dá)到4MPa/cm2以上，經(jīng)110℃烘干后可達(dá)10MPa/cm2左右，而且隨窯溫的上升強(qiáng)度隨之提高，有很好的熱穩(wěn)定性，它不受窯溫高低、停窯降溫次數(shù)多少的影響，也可用來挖補(bǔ)、灌縫等，也不受磚縫大小的限制均能保持窯襯的整體性。
??? 4、在膠泥的基質(zhì)材料中，熟料占95%以上，其中還含有一定比率的鋯質(zhì)材料，不會(huì)產(chǎn)生高溫收縮開裂。而且有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，提高了對(duì)堿性氣體和燃煤煙氣等有害氣體的侵蝕能力。
??? 5、在提高作業(yè)率和窯襯使用壽命的同時(shí)，也相應(yīng)地減少了耐火材料消耗，為提高熟料產(chǎn)量，降低水泥生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了條件。
??? 6、科光871型膠泥具有良好的施工性，用機(jī)械攪拌3-5min后呈油膏狀、細(xì)膩、滑潤(rùn)有良好的延展性，不需榔頭鼓打，用手搓動(dòng)后膠泥即可充滿磚縫，保護(hù)磚角防止磚角外露，使窯襯能均勻磨損。無保持期限，可長(zhǎng)期貯存。
??? 7、產(chǎn)品通過近二十年來的市場(chǎng)認(rèn)證，科光871從日產(chǎn)1千噸至目前日產(chǎn)1萬噸的各種窯型上使用均達(dá)到了理想的使用效果，并得到使用廠家的一致好評(píng)。
??? 8、科光871型膠泥也有不足之處，在－5℃以下膠體會(huì)變稠，粘結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，給施工帶來難度。為此，尚需進(jìn)一步研究一種“以水代膠”的新產(chǎn)品，使其更加完善。
??? 作者：郭迅，胡國英，魯維莎
??? 來源：江西科光窯爐材料有限公司
