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嘉峪檢測網(wǎng) 2018-05-15 17:44
目前，工業(yè)上使用的耐火材料種類繁多，性能各異，涉及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。生產(chǎn)水泥使用的耐火材料應(yīng)滿足水泥生產(chǎn)工藝的要求，本文針對水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)使用耐火材料的種類及性能，從耐火磚和耐火澆注料兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。
第一節(jié) 回轉(zhuǎn)窯工藝特性對耐火材料的要求
一、簡介回轉(zhuǎn)窯的工藝特性：
1．窯溫高，對耐火材料的損壞加劇，水泥熟料熔體中的C3A（鋁酸三鈣）、C4AF（鐵鋁酸四鈣）等侵蝕程度加大，窯內(nèi)過熱導(dǎo)致熱應(yīng)力破壞加劇。
2．窯速快，單位產(chǎn)量加大，機(jī)械應(yīng)力和疲勞破壞加大。
3．堿、氯、硫等組分侵蝕嚴(yán)重，硫酸鹽和氯化物等揮發(fā)、凝聚、反復(fù)循環(huán)富集，加劇結(jié)構(gòu)剝落損壞。
4．窯徑大，窯皮的穩(wěn)定性差。
5．窯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械電氣設(shè)備故障增加，頻繁開停窯導(dǎo)致熱震破壞加劇。
二、預(yù)分解窯對耐火材料的要求
1．常溫力學(xué)強(qiáng)度和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高，窯內(nèi)不管燒成狀況的好壞，窯內(nèi)溫度在10000C以上，要求耐火磚荷重軟化溫度高。
2．熱震穩(wěn)定性要好，即抵抗窯溫劇烈變化而不被破壞的能力好。在停窯，開窯以及窯運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，窯內(nèi)的溫度變化較大，要求窯襯在溫度劇烈變化的情況下，不能有龜裂或者剝落，要求在操作時(shí)盡量使窯溫穩(wěn)定。
3．抗化學(xué)侵蝕性要強(qiáng)，在窯內(nèi)燒成時(shí)，所形成的灰分、熔渣、蒸氣會(huì)對窯襯產(chǎn)生侵蝕。
4．耐磨及力學(xué)強(qiáng)度要高，窯內(nèi)生料的滑動(dòng)及氣流中粉塵的磨擦，對窯襯造成磨損。尤其是開窯的初期，窯內(nèi)還沒有窯皮保護(hù)時(shí)更是如此。窯襯還要承受高溫時(shí)的膨脹應(yīng)力及窯筒體橢圓變形所造成的應(yīng)力。要求窯襯要有一定的力學(xué)強(qiáng)度。
5．窯襯具有良好的掛窯皮性能，窯皮掛在襯磚上，對襯磚有保護(hù)作用，如果襯磚具有良好的掛窯皮性能并且窯皮也能夠維持較長時(shí)間，可以使窯襯不受侵蝕與磨損。
6．氣孔率要低，如果氣孔率高會(huì)造成腐蝕性的窯氣滲透入襯磚中凝結(jié)，毀壞襯磚，特別是堿性氣體。
7．熱膨脹安定性能要好，窯筒體的熱膨脹系數(shù)雖大于窯襯的熱膨脹系數(shù)。但是窯筒體溫度一般都在280-450度左右，而窯襯磚的溫度一般都在800度以上，在燒成帶溫度有1500度，窯襯的熱膨脹比窯筒體要大，窯襯容易受壓力造成剝落。
8．低鉻或無鉻，減少鉻公害。
9．抗水化性能要好。
第二節(jié) 預(yù)分解窯用耐火磚的種類
一、非堿性磚
非堿性磚為氧化鋁含量在48%以上的硅酸鋁耐火制品。礦物組成為剛玉（α-Al2O3）、莫來石（3Al2O32SiO2）和玻璃相，其含量取決于Al2O3/SiO2比值和雜質(zhì)的種類及數(shù)量，按Al2O3含量劃分等級。
一級：含Al2O3 65%-70%。
二級：含Al2O3 55%-65%。
三級：含Al2O3 48%-55%。
水泥回轉(zhuǎn)窯上使用的高耐磨磚、硅莫紅磚、硅莫磚、搞剝落磚都屬于高鋁質(zhì)磚，也稱其為非堿性磚。
二、堿性磚
1．鎂鋁尖晶石（MgO•AI2O3）、鎂鐵尖晶石磚（FeMgFeO4）：為了改善鎂磚的熱震穩(wěn)定性，在配料中加入氧化鋁或氧化鐵生成的以尖晶石結(jié)構(gòu)為主要礦物的鎂質(zhì)磚。熱震穩(wěn)定性好，使用過程中與熟料反應(yīng)能在磚的表面形成一層很薄的鋁酸鈣保護(hù)層，使液相不易滲透。
2．直接結(jié)合鎂鉻磚：（MgO•Cr2O3）：以優(yōu)質(zhì)菱鎂礦石和鉻鐵礦石為原料，先燒制成輕燒鎂砂，按一定級配后經(jīng)高壓成型，在1900度高溫下燒制成重?zé)V砂，再配入一定比例的鉻鐵礦石，加壓成型，經(jīng)1750-1850度隧道窯煅燒而成。抗化學(xué)侵蝕性能好。
3．尖晶石磚與直接結(jié)合鎂鉻磚相比較：前者的熱震穩(wěn)定性和抗剝落性比后者好而抗化學(xué)侵蝕性次于后者。這二種磚也稱其為堿性磚。
三、耐堿磚
在三次風(fēng)管和旋風(fēng)筒內(nèi)使用。主要成份AI2O3含量25%-30%，SiO2＞65%。它能使窯氣中的堿在磚面上凝集成后迅速與磚面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層高黏度釉面層，封閉了堿向磚體內(nèi)部繼續(xù)侵蝕的孔道，防止了堿裂。
第三節(jié) 預(yù)分解窯用耐火磚的性能
一、使用性能
1．常溫耐壓強(qiáng)度：在常溫下單位面積上所承受的最大極限壓力。
2．荷重軟化開始溫度：指耐火制品在0.2MPa壓力下開始軟化變形0.6%的溫度。
3．耐火度：材料在高溫下抵抗熔化的性能。
4．密度：包括全部氣孔在內(nèi)的每立方米磚塊體積的千克數(shù)。
5．熱膨脹率：耐火制品受熱膨脹、冷后收縮的可逆變化。
6．熱震穩(wěn)定性：抵抗急冷急熱而不被破壞的能力。（在1100度時(shí)有水冷與風(fēng)冷二種表示方法）
二、常用耐火磚理化指標(biāo)及使用性能表
第四節(jié) 回轉(zhuǎn)窯用耐火澆注料的種類及性能
耐火澆注料屬不定型耐火材料，是由耐火骨料和結(jié)合劑組成的混合料，交貨狀態(tài)為干料，加水或其它液體調(diào)配后使用。主要采用水硬性結(jié)合劑，也可采用化學(xué)結(jié)合劑，以澆注、振動(dòng)、搗固方法施工，不需加熱即可凝固硬化。
一、低水泥耐火澆注料
普通水硬性耐火澆米料水泥用量15%-20%，加水量為10%-15%。低水泥耐火澆注料由于加入了高效表面活性外加劑后，水泥用量降為5%-7%，加水量降為5%-8%。兩者的主要成分雖然基本相同，但后者由于改善了水泥顆粒的分散性，提高了水泥水化的完全率，從而水泥顆粒的膠結(jié)作用得到充分發(fā)揮。性能：耐火度比普通澆注料高100-140度，荷重軟化開始溫度高20-70度。
低水泥耐火澆注料的理化性能表
二、耐熱鋼纖維耐火澆注料
在耐熱澆注料中摻入短而細(xì)的耐熱鋼絲，具有較好的熱穩(wěn)定性和抗機(jī)械沖擊、抗磨損、抗機(jī)械振動(dòng)作用。其使用壽命比不摻入耐熱鋼纖維的同類澆注料提高2-5倍。
1.鋼纖維品種：Cr15%-25%，Ni9%-35%的耐熱鋼制作
2.耐火澆注料使用溫度：1400-1450度
3.鋼纖維加入量：2%-8%，國外有采用18%的最大加入量
4.鋼纖維尺寸：鋼纖維長度與其直徑比50-70范圍內(nèi)，直徑0.4-0.5mm。
三、輕質(zhì)耐火澆注料
由耐火輕質(zhì)骨料、粉料、結(jié)合劑或外加劑組成，按規(guī)定條件制作和養(yǎng)護(hù)后可直接使用的不定開型耐火材料，具有密度小，熱導(dǎo)率低、兼有耐火與隔熱性能。
四、高性能耐火澆注料
1、板狀剛玉澆注料
板狀剛玉是一種純凈的、不添加如MgO、BO3等任何添加劑而燒成收縮徹底的澆結(jié)氧化鋁，具有良好的α-AI2O3晶體結(jié)構(gòu)。（O2-近似地作六方最緊密堆積排列，AL3+填充在六個(gè)O2-形成的八面體空隙中）。
特點(diǎn)：
熔點(diǎn)高，約2040度。
晶粒硬度大，莫氏硬度9。
耐化學(xué)侵蝕，除氫氟酸和磷酸外，與大多數(shù)堿、礦物酸不起反應(yīng)。
不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔，其強(qiáng)度高。
具有耐火度高，熱負(fù)荷強(qiáng)度高、蠕變小，高密度、低透氣性，熱震穩(wěn)定及耐磨性好。熱收縮率低、純度高的特點(diǎn)。
2、尖晶石澆注料
尖晶石是離子晶體，屬立方晶系空間群，分子通式為AB2O4，式中A為二價(jià)正離子，B為三價(jià)正離子。這類晶體稱為尖晶石。以MgAL2O4為代表，其它還有ZnAL2O4、FeAL2O4、FeCr2O4、FeMgFeO4。
特點(diǎn)：
熱振穩(wěn)定性好。
抗侵蝕性好。
具有硬度大，化學(xué)性能穩(wěn)定、熔點(diǎn)高等良好的性質(zhì)。
3、莫來石澆注料
莫來石：3Al2O3•2SiO2。它在自然界中是由葉蠟石Al2（Si4O10）（OH）2脫水而來。澆注料熱態(tài)強(qiáng)度高，抗剝蝕性能好，具有較高的抗熱沖擊能力和抗結(jié)構(gòu)剝落性能。
4、抗結(jié)皮澆注料
由于SiC屬于中性材料，不與堿反應(yīng)，具有極好的耐堿性，由其組成的澆注料不與水泥生料反應(yīng)，具有良好的抗結(jié)皮性，耐磨性好，耐水泥生料沖刷，延長了使用周期。
常用耐火澆注料性能表
注：冷壓強(qiáng)度:1100*3H；抗折強(qiáng)度:1100*3H；線變化率:1100*3H
第五節(jié) 耐火材料的檢測
一、耐火材料理化性能的檢測
1、耐火磚的檢測項(xiàng)目：主要化學(xué)成份含量、常溫耐壓強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性、荷重軟化溫度四個(gè)項(xiàng)目。
2、耐火澆注料的檢測項(xiàng)目：主要化學(xué)成份含量、耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、燒后線變化率、體積密度五個(gè)項(xiàng)目。
二、物理檢驗(yàn)
1、常溫物理性能：顯氣孔率、吸水率和體積密度，真密度和真比重，常溫耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度。
2、熱性能檢驗(yàn)：耐火度，熱膨脹、差熱分析、重?zé)€變化，抗渣性能、熱震穩(wěn)定性。
3、熱機(jī)械性能檢驗(yàn)：荷重軟化開始溫度，高溫蠕變性、高溫抗折強(qiáng)度，高溫耐壓強(qiáng)度。
（一）顯氣孔率、吸水率和體積密度
顯氣孔率、吸水率和體積密度，屬于耐火材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)。是與耐火材料的燒結(jié)程度、抗壓強(qiáng)度、荷重軟化開始溫度、熱震穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)、抗渣性等性能均有密切關(guān)系，它的檢驗(yàn)對于控制耐火材料工藝操作、評定耐火材料質(zhì)量以及耐火材料使用性能都有重要實(shí)際意義，所以顯氣孔率、吸水率和體積密度是耐火材料的基本性質(zhì)，也是耐火材料的常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目，一般用這三項(xiàng)指標(biāo)來表示材料的致密程度。
氣孔一般由開口氣孔（包括貫通氣孔）及閉口氣孔組成，開口氣孔—與大氣相通，貫通氣孔—不僅與大氣相通，而且貫通制品的兩面，閉口氣孔—密閉在材料中不與大氣相通的氣孔。由于開口氣孔在制品使用中能直接與外物（如熔渣等）相接觸，因此它對制品的影響要比閉口氣孔嚴(yán)重，同時(shí)在測材料氣孔時(shí)，閉口氣孔的體積不能直接測定，只能測得與外界相通的氣孔的體積，所以耐火材料的氣孔通常都用顯氣孔率表示。
1、顯氣孔率、吸水率和體積密度的定義
顯氣孔率＝開口氣孔的體積/總體積×100%
吸水率＝開口氣孔中吸收水的質(zhì)量/干燥試樣質(zhì)量×100%體積密度＝干燥試樣質(zhì)量/總體積×100%
2、試驗(yàn)注意事項(xiàng)
1)試樣尺寸要求：體積為50～200㎝2，棱長最長不超過80mm；
2)外觀要求：應(yīng)平整、干燥試樣刷干凈（切割中產(chǎn)生的細(xì)粉、裂紋的顆粒）無缺角掉棱、無肉眼可見的裂紋、無麻面。
3)必須在110℃下烘干到恒重，以充分排除附著水。
4)同一試樣必須在同一臺(tái)天平上稱量，避免稱量誤差。
5)試樣排氣必須達(dá)到規(guī)定的真空度和抽氣時(shí)間，液體必須完全淹沒試樣。
6)稱量表觀質(zhì)量時(shí)，要注意吊藍(lán)及試樣是否附著有空氣泡。
7)擦拭飽和試樣表面的過剩液體時(shí)，防止氣孔中的液體被吸出。本試驗(yàn)方法的精度主要決定于從試樣表面擦去水分的恒定性與稱量的精度。
（二）常溫耐壓強(qiáng)度
耐火材料常溫耐壓強(qiáng)度是表示制品在室溫下，單位面積上所能承受的最大壓力，如超過此壓力材料則破壞。它是考核制品質(zhì)量的重要力學(xué)指標(biāo)，與氣孔率、體積密度、熱震穩(wěn)定性都有直接的關(guān)系。
1、試樣的形狀尺寸要求
立方體：制品厚度小于或等于100mm時(shí)，按制品厚度取立方體，厚度大于100mm時(shí)，取連長100mm的立方體。
圓柱體：直徑50±1mm，高度50±1mm，對不夠取得上述尺寸的制品按最大的可能取圓柱體
（直徑與高度尺寸相同）。
2、制樣
1）試樣的受壓面應(yīng)平整，受壓方向應(yīng)與制品成型壓力的方向一致，制樣時(shí)應(yīng)在試樣上標(biāo)明受壓的方向。
2）試樣外觀不應(yīng)有因制樣造成的缺邊、掉角、裂紋等缺陷，如有則須另行制樣。
3）通常燒制品的試樣，風(fēng)干即供試驗(yàn)，如受過潮濕，必須在試驗(yàn)前于110±5℃烘干2小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。
3、結(jié)果計(jì)算
P＝F/S
P—耐壓強(qiáng)度，MPa
F—壓碎試樣的最大載荷，NS—受壓面面積，mm2
三、化學(xué)檢驗(yàn)
（一）化學(xué)分析成分：Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SiO2、K2O、Na2O、SiC、燒失量、灰分、揮發(fā)分、固定碳。
（二）分析方法有：重量分析、容量分析
1、重量分析：是將被測組分變?yōu)橐欢ㄐ问降幕衔锖螅ㄟ^稱量該化合物的重量來計(jì)算測組含量。根據(jù)處理方法的不同，重量分析可分為沉淀法、氣化法、電解法等。
1）沉淀法：將被測組分形成難溶化合物沉淀，經(jīng)過過濾、烘干及灼燒最后稱重，由所得重量計(jì)算被測組分的含量。（BaSO4）
2）氣化法：通過加熱或其他方法使樣品中某種揮發(fā)性組分逸出后，根據(jù)樣品減輕的重量計(jì)算該組分的含量，或者當(dāng)揮發(fā)性組分逸出時(shí)，選一種吸收劑將它吸收，然后根據(jù)吸收劑增加的重量計(jì)算該組分的含量。
3）電解法：利用電解原理，使金屬離子在電極上析出，然后稱重，計(jì)算其含量。
2、容量分析：是將一種已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液（標(biāo)準(zhǔn)溶液），用滴定管滴加到被測物質(zhì)的溶液中，至物質(zhì)間到達(dá)等當(dāng)量反應(yīng)時(shí)（用指示劑的顏色改變來判斷），由試劑溶液的體積和濃度，計(jì)算被測物質(zhì)含量的方法。
容量分析的優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣、操作簡便、快速等。
缺點(diǎn)是：靈敏度低、不適于微量組分的測定。
容量分析根據(jù)反應(yīng)類型又分為酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原法、沉淀滴定法。
1）酸堿滴定法又稱中和法，常用HCI和NaOH為滴定劑。水泥生料中碳酸鈣的測定就采用此法。
2）絡(luò)合滴定法：常用的絡(luò)合劑為EDTA，它與大部分金屬離子能1:1定量絡(luò)合。根據(jù)滴定的方式又分為：直接滴定法、返滴定法、置換滴定法、間接滴定法。直接滴定：如Ca2+、Mg2+。
返滴定：Al3+與EDTA形成一系多羥絡(luò)合物，絡(luò)合緩慢，絡(luò)合比不定，故加入過量的EDTA
加熱煮沸，使Al3+與EDTA定量絡(luò)合，然后用Cu2+或Zn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴EDTA。
置換滴定：利用置換反應(yīng)，從絡(luò)合物中置換出等量的另一種金屬離子或置換出EDTA，然后滴定。
間接滴定：一些不能與EDTA定量絡(luò)合的金屬離子，可同一化合物中將其分離，通過絡(luò)全滴定其他離子，來間接滴定被測的離子。
四、耐火磚供貨的書面材料
1、質(zhì)保書
2、出廠產(chǎn)品理論指標(biāo)及試驗(yàn)方法
3、施工指導(dǎo)書
4、磚型圖
5、產(chǎn)品裝箱單
6、產(chǎn)品合格證
這些都是驗(yàn)收的依據(jù)。
來源：耐火材料行業(yè)
