水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料1
- 发布人:管理员
- 发布时间:2013-05-10
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陈肇友
中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 河南洛阳471039
摘 要 根据水泥回转窑烧成带对耐火材料的要求,从有关相图分析论述了MgO—CaO—ZrO2材料抗硅酸盐水 泥的侵蚀;由Fe-O系相图与铁的各级氧化物稳定存在区域图分析了形成铁铝尖晶石(FeO·Al2O3)的条件及 制取铁铝尖晶石砖的途径。
关键词 水泥回转窑,MgO—CaO—ZrO2耐火材料,镁质铁铝尖晶石耐火材料
我国2009年水泥产量为16.3亿t,同比增长 17.9%。由于我国正处于大发展期,水泥需要量还会 不断增加,还需再建一些水泥回转窑,仅2009年水泥 制造业投资完成额就达1521亿元,同比增长57.7%。
水泥回转窑的过渡带现在完全可以使用镁质镁 铝尖晶石砖取代镁铬砖。但这种砖在温度高的烧成 带却不适宜,因为砖中Al2O3易与水泥原料中CaO等 形成低熔物,挂不上窑皮。水泥回转窑烧成带中心火 焰温度在1700℃左右。窑衬热面温度随窑的转动 而发生周期性变化。挂上窑皮的窑壁在与水泥物料 层开始接触之前,窑壁温度最高,大致为1580℃,随 后窑壁把热量大量传给物料层,使窑壁温度下降200 ℃以上。若回转窑以1r·min-1的速度转动,则窑衬 每天要经受1400次温差为200℃以上的热应力作 用;同时,回转窑内衬耐火材料在高温下随筒体一起 转动,要承受炉料的磨损和冲击作用。
硅酸盐水泥的主要化学组成(ω)是:CaO约 65%,SiO2约22%;矿物相主要是2CaO·SiO2 (C2S)、 3CaO·SiO2 (C3S)与4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)。 耐火材料除受到这些物质侵蚀外,还会受到水泥原料 和燃料中带来的碱、硫酸盐和氯化物的侵蚀。而且, 若采用可燃性废物为燃料,则回转窑耐火材料所处环 境更为苛刻。如果烧成带耐火材料内衬挂上了一层 稳定性窑皮,耐火材料衬就能得到良好的保护,内衬 热面的实际温度就会比1580 ℃低得多,所受的物料 磨损与冲击以及温度的波动也就小得多,耐火材料衬 自然就能获得好的使用效果。因此,对水泥回转窑烧 成带耐火材料所要求的最重要性质就是要挂好具有 稳定性的窑皮。
由于Cr2O3能提高镁质耐火材料的抗侵蚀性和抗热震性,降低热导率,并具有优良的挂窑皮性,因 此,我国水泥回转窑烧成带至今仍主要使用Cr2O3质 量分数在4%~12%的镁铬砖。但含Cr2O3耐火材料 在氧化性气氛或大量碱性氧化物如K2O、Na2O、CaO 等存在时,在一定温度下其三价铬(Cr3+)会转变为六 价铬(Cr6+),而水泥回转窑的过渡带与烧成带恰好具 有使三价铬转变为六价铬的条件。六价铬是一种对 人类健康有严重危害的物质。由于六价铬化合物可 溶于水,也可以气相形式存在,故六价铬可以通过烟 气进入大气中,也会溶于水而污染水源。因此,一些 先进国家已对六价铬制订了严格的限制标准。
在本文中,拟对水泥回转窑烧成带用无铬耐火材 料MgO-CaO—ZrO2与镁质铁铝尖晶石(MgO—FeO· Al2O3)材料进行一些分析与讨论。
1 MgO—CaO—ZrO2材料
烧成镁白云石(MgO-CaO)砖能抗碱性氧化物侵 蚀,不会被还原性气氛还原,还能挂上窑皮。但它存 在以下缺点:其中的游离CaO易水化,不宜存放;与水 泥窑内气氛中的CO2和SO3易反应生成CaCO3和 CaSO4,伴随较大体积效应而破坏砖的组织结构;当水 泥原料中氧化铁含量高时,氧化铁与镁白云石砖中 CaO形成低熔物而不易形成稳定的窑皮。而MgO—CaO—ZrO2砖既具有上述优点,又能克服上述缺点。 从图1所示MgO—CaO—ZrO2三元相图[1]可知,MgO—CaO—ZrO2系材料的低共熔温度E2与E3分别高达 1960、1990℃,说明MgO—CaO—ZrO2材料具有很好的耐火性能。而且,由于材料中的CaO部分或全部与 ZrO2生成了不会水化的CaO·ZrO2,因此,MgO—CaO—ZrO2材料也不存在水化的缺点。