水泥厂的窑烧嘴, 其所用耐火材料是暴露在高温下的, 所以考虑耐热性, 材质大多使用高铝质、纯氧化铝质耐火材料。但是, 根据操作条件, 高耐热性的纯氧化铝质耐火材料也有熔损的情况。本文中提及的水泥厂也存在上述问题, 但这次重新选用了无铬的碱性不定形耐火材料, 经过实际使用验证取得良好效果, 现报道如下。

从2015年开始, AGC公司为了保护环境, 全部叫停了含铬耐火材料。因此, 研究使用无铬的碱性不定形氧化镁质浇注料来替代正在使用中的氧化镁铬质浇注料, 经过实际使用验证, 取得良好的耐用性。

材质选择试验

1试验方法

水泥窑烧嘴的损伤原因主要有: (1) 从冷却器吹上来的熟料粉尘和气氛气体成分的浸润和侵蚀; (2) 二次空气波动等引起的热震。因此, 试验所采用的材质, 对应 (1) 进行了坩埚侵蚀试验, 对应 (2) 进行了抗热震性试验。

1.1 坩埚侵蚀试验

使用的坩埚外形是75mm×75mm×80mm, 孔形Φ40mm、高30mm, 于110℃干燥24h后, 为防止熟化及爆裂, 于400℃烧成3h。从实际工业窑炉采集熟料, 粉碎成<1.0mm, 作为侵蚀剂, 使用30g。熟料粉投放到坩埚里, 盖上与坩埚同样材质的盖。放置在电炉中, 以300℃·h-1的加热速度, 从常温加热到1500℃, 保持3h后, 在炉内自然冷却16h。切割坩埚, 测定和比较了侵蚀深度和浸润深度。

1.2 抗热震性试验

使用尺寸为Φ80mm、高80mm的圆柱形试样, 于110℃干燥24h后, 为防止熟化及爆裂, 于400℃烧成3h。将试样整体插入1300℃的电炉中, 保持15min后, 从电炉中取出, 自然空冷45min。此为一个周期, 观察了三个周期后的试样外观及横截面。

实验结果及分析

2.1 坩埚侵蚀试验

试验后的试样, 仅X及Y被侵蚀剂侵蚀, 所有材质均未发现浸润。

2.2 抗热震性试验

从试验后的试样判断, 抗热震性的顺序为Y=Z>常规D=X, 氧化镁质的Y、Z优于现有的常规D。

2.3 小结

对水泥窑烧嘴所用耐火材料损伤原因做了设想, 为此选用相应材质, 进行了坩埚侵蚀试验和抗热震性试验。根据试验结果, 选择的材质为氧化镁质浇注料Z, 供实际工业试验, 期待耐用性能够高于现有的镁铬质浇注料常规型D。

在工业窑的应用

3.1 施工情况

在该工厂, 为了更加容易更换窑烧嘴前端的耐火材料, 施工采用的是圆筒形预浇注块施工, 以嵌入烧嘴前端的形式进行设置。

3.2 耐用情况

现有的镁铬质浇注料常规型D和这次用于工业窑试验的氧化镁质浇注料Z, 进行了比较, 图1示出了耐用性的比较结果。

图1 Mg O-Cr2O3和Mg O浇注料使用结果的比较

结 论

水泥厂窑烧嘴, 使用普通的高铝质、纯氧化铝质耐火材料, 耐用性差, 针对这种情况, 一直以来是采用碱性不定形耐火材料-镁铬质浇注料, 以期待改善耐用性。但是, 为了适应无铬化的要求, 作为替代材质, 这次新选择了氧化镁质浇注料, 经过实际应用, 进一步获得了良好的耐用效果。通过对常规材料和替代材料的特性以及损伤状况的比较来看, 气氛气体的低熔点化和温度对损伤影响大。替代材质通过减少容易低熔点化的Al2O3、SiO2, 用高MgO组成提高了耐用性。