高性能不定形耐火材料在套筒窑的应用

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1、高性能不定形耐火材料在套筒窑的应用江山"张德国2）薛乃彦”王绪东”1）中国京冶工程技术有限公司2）北京首钢国际工程技术有限公司摘要使用高性能的不定形耐火材料是使套筒窑获得较长的使用寿命的关键因素之一。以莫来石、红柱石为原料配制出的高强浇注料和钢纤维浇注料，能够满足套筒窑的设计要求，并取得了良好的使用效果。关键词不定形，耐火材料，套筒窑1前言套筒窑（套筒式石灰窑）是一种煅烧活性石灰的先进窑炉，具有产品质量好（石灰活性高）、能耗低、环保效果好等特点。首钢设计院配套设计的第一座活性石灰套筒窑（500吨/天）于2001年11月在首钢第

2、二耐火材料厂建成投产。套筒窑筑炉材料的优劣是决定其寿命的关键因素之一。国内先后引进过几座同类型的石灰窑，寿命均只有一年左右。其损毁原因主要是巾于火桥、立柱等关键部位耐火材料的损坏引起的。为了确保窑体寿命，首钢设计院和中国京冶公司依据各部位的使用条件和损毁原因，共冋制定了套筒窑专用高性能不定形耐火材料的设计指标（详见表l）m。表1.套筒窑用不定形耐火材料性能指标名称高强浇注料钢纤维耐火浇注料项目设计值实测位设计值实测值荷重软化点（0.2MPa)(°C)>15501620——110°CX24h彡8592>7096常温耐压强度850

3、°CX3h——彡70103(MPa)1000°CX3h彡80105——1200°CX3h^85118——容重(g/cm!)彡2.602.64&2.752.85化学成分AI2O3>7073.8彡7085.3(%)K2O十Na2O<10.3——抗折强度110°CX24h——^10>14(MPa)850°CX3b——^10>14使用部位备注火桥立柱要求高强浇注料具有良好的流动性，在一些异形部位可以免振动自流施工。2.材料的研制为了满足设计要求，我们研制了套筒窑用的高性能不定形耐火材料，并在首钢多做套筒窑上应用，取得了良好的应用效果。

4、具体研制过程如下：2.1高强浇注料这种浇注料主要用于火桥部位，其设计指标突出了以下三方面的特点：①高纯原料，②高强度，③优异的热态性能一一高荷重软化温度。尽管材料的铝含量不是很高，但是，对材料的杂质含量要求非常严格，这是因为即使很微量Fe20、、K20、Na20等杂质也会使材料液相出现温度显著降低，导致材料在高温下软化，丧失强度。为达到设计要求，需要使川人工合成莫来石作力主原料，加入一定量的红柱石，并采川氧化铝超微粉及少量的纯铝酸钙水泥作为结合剂。莫来石是A1A—SiO。二元系巾常压下唯一稳定存在的二元化合物，属斜方晶系。是一

5、种优质耐火原料，具有膨胀均匀，热®稳定性好，荷重软化点高，硬度大，抗化学佼蚀性好等特点。其合成方法是：以工业氧化铝和高岭土为主原料，经共磨、陈化、制坯等工序高温烧结而成。经过破碎筛分制成骨料。红柱石在高温下转化成莫來石，产生不可逆的体积膨胀，可以“补偿”材料在烧结过程中产生的收缩，从而提高材料的荷重软化温度，降低蠕变率。主要原材料性能如下：表2.原料性能指标检测项目A12O3Si02EC2O3CaONa20+K20粒度合成莫来石72.426.40.72—0.54<61湖红柱石58.236.80.6—0.62〜Omni硅微粉—9

6、6.4——1.6225m：'/g氧化铝超微粉99.30.090.18—0.21D5o=5pm纯铝酸钙水泥68.70.60.430.60.27^3500cm2/gD5o=12um应用上述原料，按照65〜70%骨料：35〜30%粉料的基本配比，配制出了高纯、高强、高荷软、高流动性的高性能浇注料，其具体性能指标见表1。2.2立柱用钢纤维浇注料钢纤维增强耐火浇注料是耐火浇注料构成的基质相与钢纤维构成的增强相组成的复合结构。各温度区域的强度和韧性高于耐火浇注料。具有更好的抗热冲击、抗机械冲击和耐磨性。表3.各温度条件下耐火浇注料与钢纤维

7、增强耐火浇注料的强度产生机理对比&&普通耐火浇注料（素）钢纤维增强耐火浇注料常温〜600°C600〜900°C撕）〜1200'C>1200°C应川实例水化结合水化物脱水一强度下降材料产生液相烧结或固相烧结形成陶瓷结合强度提高。杂质多：液相烧结一高温软化一热态强度降低纯度高：同相烧结一烧结更为充分一强度提高普通低水泥浇注料一一加热炉炉顶、炉墙水化结合的基质相与钢纤维构成的增强相组成的复合结构。强度和初性高丁•素耐火浇注料。水化物脱水强度下降，钢纤维构成的增强相没有变化，整个材料保持较岛的强度。钢纤维氧化、熔融，受热表面强度下降，

8、内部仍然保持较高的强度与商纯耐火浇注料相当，由于含有钢纤维材料的整体性更强。冶金喷枪、CAS精炼罩、非金属炉辊等。钢纤维的制造方法有：钢丝剪断法、钢板剪断法、，切削法及熔钢抽丝法（熔抽法）。其中熔抽法工艺简单，生产能力大，成本低在耐火材料中的应用较为普遍。表4.不同牌号钢纤维