在煅燒水泥用回轉(zhuǎn)窯中采用各種不同種類的不定形耐火材料。在大多說情況下采用高鋁質(zhì)不定形耐火材料及Al2O3-SiC質(zhì)耐火材料。在水泥工業(yè)煅燒用回轉(zhuǎn)窯中廣泛采用具有高密度就碳化硅含量低的高鋁質(zhì)澆注料制作燒嘴及出料端砌塊。為了此種目的的采用抗侵蝕性高的堿性澆注料，但是更經(jīng)常采用的是高純度剛玉質(zhì)澆注料。
為了節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用，廢料的使用量逐漸增多，因而回轉(zhuǎn)窯的工作條件日益嚴(yán)酷，所以耐火材料制造廠家也集中全力來延長耐火材料的使用壽命。
前言
熾熱的燒結(jié)水泥熟料經(jīng)過燒嘴和出料端向外出料。該部位耐火材料的典型損毀機(jī)理如下：
窯燒嘴澆注料損毀的主要因素如下：
— 由于回轉(zhuǎn)窯的輻射熱及冷卻部件的冷空氣造成的熱沖擊導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋和剝落;
— 堿類化合物與水泥熟料之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致形成易熔組分及因耐火材料結(jié)構(gòu)造成的材料分層剝落;
— 熱蒸氣和水泥粉塵的存在導(dǎo)致耐火材料受到磨損和沖刷。
因此，為了延長耐火材料的使用壽命，要求降低熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以及形成能夠保護(hù)耐火材料不受堿類物質(zhì)侵蝕的微觀結(jié)構(gòu)，并且保證材料強(qiáng)度，視使用溫度的變化保持相應(yīng)的穩(wěn)定性。
試驗(yàn)
為了研究抗堿類物質(zhì)的侵蝕和抗開裂性，向低水泥剛玉質(zhì)澆注料中加入不同數(shù)量的SiC。
隨著SiC含量的增加，高溫強(qiáng)度和彈性模量下降，后者是抗開裂的指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選定SiC含量為3a%，它可保證較高的抗裂性。
此外，還通過加入二氧化硅砂的方法來進(jìn)行阻止堿類物質(zhì)侵入的試驗(yàn)。
如上所述，采用高鋁質(zhì)剛玉澆注料制成的試樣進(jìn)行抗堿類物質(zhì)侵蝕性的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在SiC含量為2a%的試驗(yàn)內(nèi)部出現(xiàn)毛發(fā)狀裂紋;而在SiC含量為3a%的試樣中則無裂紋和結(jié)構(gòu)性缺陷。因此，可以推測，由于二氧化硅砂中所含的易熔組分(熔劑)將澆注料基質(zhì)包覆起來，這樣就阻止了堿類物質(zhì)的侵入。
所開發(fā)材料的性能
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對傳統(tǒng)的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料(SiC含量5%)、高鋁質(zhì)澆注料及開發(fā)的新型澆注料之間的差異做了比較對比。利用下列參數(shù)作為評估的準(zhǔn)則：
—可加工性(液態(tài)流動性及凝固效果);
— 抗堿類物質(zhì)侵蝕性(抗侵蝕性試驗(yàn));
— 抗開裂性(彈性模量、空氣冷卻法抗熱震性試驗(yàn)、常溫耐壓強(qiáng)度與加工溫度的關(guān)系);
— 耐磨性(高溫抗折強(qiáng)度)。
抗開裂性評估
抗沖擊和結(jié)構(gòu)性沖擊是耐火材料內(nèi)襯損毀的主要因素。為了檢測抗熱沖擊的能力，將試樣多次加熱至1400℃，然后迅速冷卻。為了進(jìn)行定量分析，對彈性模量及強(qiáng)度及溫度之間的關(guān)系做了比較分析。經(jīng)過30min的反復(fù)加熱和冷卻之后，在新型試樣及高鋁質(zhì)試樣上均為發(fā)現(xiàn)有裂紋;而在Al2O3-SiC質(zhì)試樣的表面上卻發(fā)現(xiàn)有許多裂紋。
圖5中示出每個試樣的彈性模量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，兩種傳統(tǒng)材料的試驗(yàn)顯示了較高的彈性模量值，而新型材料的試樣則顯示出了極低的彈性，這說明后者抗熱沖擊性及抗結(jié)構(gòu)沖擊性良好。根據(jù)取得的結(jié)果可以預(yù)測：加入SiC后，由于形成了相應(yīng)的多孔結(jié)構(gòu)，因而延緩了易熔組分的燒結(jié)。
材料強(qiáng)度的變化與溫度之間的關(guān)系。當(dāng)加熱至1000℃及1300℃時，傳統(tǒng)材料試樣的強(qiáng)度曲線比新型材料試樣的曲線更陡些。據(jù)預(yù)測，新型材料試樣具有更高的抗熱開裂性。
3.2 抗堿類物質(zhì)侵蝕性的評估
可以通過抗堿類物質(zhì)侵蝕性的試驗(yàn)來評估材料的抗堿類物質(zhì)的侵蝕性。首先評估外部狀況和研究試樣截面的平坦程度，然后進(jìn)行能量分散光譜分析。
根據(jù)研究結(jié)果，高鋁質(zhì)材料試樣出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損毀。據(jù)預(yù)測，堿類物質(zhì)侵入試樣體內(nèi)并形成某些易熔組分，使材料的結(jié)構(gòu)遭到損毀。在Al2O3-SiC質(zhì)試樣中并未發(fā)現(xiàn)裂紋，但出現(xiàn)了較寬的損毀層。另外，未發(fā)現(xiàn)堿類物質(zhì)侵入的跡象，但是觀察到由于試樣與堿類試劑之間發(fā)生而形成的損毀層。
為了更精確的分析，采用能量分散光譜分析方法研究了每個試樣截面的平坦程度，其結(jié)果見表1。
表1 采用能量分散光譜分析法測定的試樣組分/%
抗磨損性的評估
新型澆注料的強(qiáng)度與Al2O3-SiC質(zhì)澆注料的強(qiáng)度近似，而高鋁質(zhì)澆注料的強(qiáng)度則很低。可以預(yù)測，新型澆注料能夠成功地抵抗熱水泥熟料和熱空氣的磨損。
工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果
在工業(yè)試驗(yàn)條件下試驗(yàn)了含30%SiC的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料。該澆注料的使用壽命顯著延長。在試樣上只發(fā)現(xiàn)少量的毛發(fā)狀裂紋。
材料的試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告如下：
K水泥用在燒嘴下部邊緣：
—材料的試驗(yàn)數(shù)量：3t(向傳統(tǒng)澆注料中加入50%);
H水泥用在燒嘴的邊緣；
— 材料的試驗(yàn)數(shù)量：1.8t；
— 使用時間：6個月；
— 使用壽命：與傳統(tǒng)澆注料比較，壽命提高50%。
結(jié)論
對新開發(fā)的水泥回轉(zhuǎn)窯燒嘴用的Al2O3-SiC質(zhì)澆注料進(jìn)行分析后，可以得出如下結(jié)論：
(1)SiC氧化時所形成的覆蓋保護(hù)層，可以抑制堿類物質(zhì)侵入澆注料的結(jié)構(gòu)中。
(2)材料的微觀結(jié)構(gòu)有助于吸收熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，有利于減少裂紋的形成和分層剝落。
(3)保證在各種不同溫度下的強(qiáng)度穩(wěn)定，可以減少材料的分層剝落。
