水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用.docx

水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用摘要：采用优质镁砂、合成尖晶石、特种添加剂研制生产的新型环保耐火材料微观结构分析及抗碱侵蚀、挂窑皮等性能试验表明制品具有韧性好、抗侵蚀、耐热震、抗剥落及窑皮附着性强等特点在2500t/d、5000t/d、6500t/d新型干法水泥窑上取得了国内一流的使用效果。关键词：水泥回转窑；烧成带；新型环保耐火材料1概述随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及我国水泥工业得到飞速发展2012年水泥总产量达21.8亿吨占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]并取得了良好的使用效果但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2（CrS）O4。水泥窑在正常运转中其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸飘落在厂区及周边环境中造成厂区大气的污染；另一部分则残留在拆下的废砖中废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染；更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害据有关专家论证Cr6+腐蚀皮肤使人易患上大骨病进而致癌。因此镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍执行也是最严格的具体内容如表1所示：我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88对地面水中Cr6+含量进行明确规定如表2所示：这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵因此水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。2水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制2.1研制思路目前用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性但是抗热震性差抗水化性差；镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性但是挂窑皮性差[34]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料结构韧性好抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强具有良好的挂窑皮性能在烧成带能有效延长使用寿命是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。2.2试验与研究2.2.1铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物化学分子式为FeAl2O4其中含58.66%A12O3和41.34%FeO。铁铝尖晶石为立方体结构二价阳离子占据四面体位置三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为4.39g/cm3莫氏硬度为7.5。要形成铁铝尖晶石必须保证氧化亚铁（FeO或FeOn）是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO・Al2O3尖晶石而在FeO稳定存在的区域以外的条件下铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO・Al2O3尖晶石而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn-Al2O3的系相图如图1所示：为了得到高质量的合成铁铝尖晶石我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导经过大量试验掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯在保证“FeO”稳定存在的气氛下经高温烧成制得FeO・Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：2.2.2原料与制品的性能①原料的选择。根据我们的生产经验结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料并加入特殊添加剂来强化制品的性能研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度采用四级配料经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。2.2.3铁铝尖晶石对制品性能的影响①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果铁铝尖晶石的加入量在10%时制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验