高性能不定形耐火材料在石灰套筒窑的应用

　　文章导读

　　使用高性能的不定形耐火材料是使套筒窑获得较长的使用寿命的关键因素之一。以莫来石、红柱石为原料配制出的高强浇注料和钢纤维浇注料，能够满足套筒窑的设计要求，并取得了良好的使用效果

　　1 前言

　　套筒窑(套筒式石灰窑)是一种煅烧活性石灰的先进窑炉，具有产品质量好(石灰活性高)、能耗低、环保效果好等特点。钢设计院配套设计的01座活性石灰套筒窑(500吨/天)于2001年11月在钢第二耐火材料厂建成投产。

　　套筒窑筑炉材料的优劣是决定其寿命的关键因素之一。国内先后引进过几座同类型的石灰窑，寿命均只有一年左右。其损毁原因主要是由于火桥、立柱等关键部位耐火材料的损坏引起的。为了确保窑体寿命，钢设计院和中国京冶公司依据各部位的使用条件和损毁原因，共同制定了套筒窑专用高性能不定形耐火材料的设计指标(详见表1)。

　　表1 套筒窑用不定形耐火材料性能指标

　　2 材料的研制

　　为了满足设计要求，我们研制了套筒窑用的高性能不定形耐火材料，并在钢多做套筒窑上应用，取得了良好的应用效果。具体研制过程如下：

　　2.1 高强浇注料

　　这种浇注料主要用于火桥部位,其设计指标突出了以下三方面的特点：①高纯原料，②高强度，③优异的热态性能——高荷重软化温度。尽管材料的铝含量不是很高，但是，对材料的杂质含量要求非常严格，这是因为即使很微量Fe2O3、K2O、Na2O等杂质也会使材料液相出现温度显著降低，导致材料在高温下软化，丧失强度。

　　为达到设计要求,需要使用人工合成莫来石作为主原料，加入一定量的红柱石，并采用氧化铝超微粉及少量的纯铝酸钙水泥作为结合剂。

　　莫来石是Al2O3-SiO2二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物，属斜方晶系。是一种高品质耐火原料，具有膨胀均匀，热震稳定性好，荷重软化点高，硬度大，抗化学侵蚀性好等特点。其合成方法是：以工业氧化铝和高岭土为主原料，经共磨、陈化、制坯等工序高温烧结而成。经过破碎筛分制成骨料。

　　红柱石在高温下转化成莫来石，产生不可逆的体积膨胀，可以“补偿”材料在烧结过程中产生的收缩，从而提高材料的荷重软化温度，降低蠕变率。主要原料性能见表2：

　　表2 原料性能指标

　　应用上述原料，按照65～70%骨料：35～30%粉料的基本配比，配制出了高纯、高强、高荷软、高流动性的高性能浇注料，其具体性能指标见表1。

　　2.2 立柱用钢纤维浇注料

　　钢纤维增强耐火浇注料是耐火浇注料构成的基质相与钢纤维构成的增强相组成的复合结构。各温度区域的强度和韧性高于耐火浇注料。具有更好的抗热冲击、抗机械冲击和耐磨性。

　　表3 各温度条件下耐火浇注料与钢纤维增强耐火浇注料的强度产生的机理对比

　　钢纤维的制造方法有：钢丝剪断法、钢板剪断法、，切削法及熔钢抽丝法(熔抽法)。其中熔抽法工艺简单，生产能力大，成本低在耐火材料中的应用较为普遍。

　　表4 不同牌号钢纤维的性能对比

　　表5 不同钢纤维加入量和不同钢纤维品种对材料性能的影响

　　表5中ST5因为钢纤维加入较多，1300℃烧后表面有钢纤维熔融，试块有较大体积的膨胀，强度有所降低的。ST6采用330钢纤维,熔融现象较ST4大为减少，体积变化也小得多。综合分析上述结果可以看出加入4a%的330钢纤维可以得到理想的材料性能。

　　3、实际应用

　　钢l#500m3套筒窑于2001年11月竣工后到2006年1月7日停火中修为止，连续运行4年多，生产活性石灰66万余吨，创造了国内套筒窑国内使用寿命的新记录。此后，高性能不定形耐火材料又在钢秦皇岛钢铁公司和钢迁安钢铁公司的多座套筒窑中应用，均取得了良好的应用效果。