高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚的研制與應(yīng)用

  1.前言

  眾所周知，水泥企業(yè)屬于高能耗工業(yè)，隨著電力高峰期的到來，水泥企業(yè)將受到拉閘限電約束而影響水泥企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，帶來產(chǎn)量的降低和回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等因素。

  水泥窯過渡帶廣泛使用不含鉻的鎂鋁尖晶石磚，傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚具有較好的抗侵蝕性能、優(yōu)良的熱震性能，但其導(dǎo)熱系數(shù)較大，容易造成筒體外壁溫度高（350℃以上），散熱損失大，既不節(jié)能，對(duì)筒體安全也不利。為了解決傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚導(dǎo)熱系數(shù)較大的問題，本研究采用微孔合成原料制備高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚。

  2 試驗(yàn)

  2.1 原位合成微孔輕質(zhì)鎂鋁尖晶石原料

  2.1.1 微孔輕質(zhì)鎂鋁尖晶石原料的制備

  將鎂質(zhì)原料和氧化鋁質(zhì)原料按照一定比例在球磨機(jī)中共磨，并將混合好的原料制備磚坯并在隧道窯內(nèi)高溫?zé)?。合成料隧道窯燒后檢測(cè)指標(biāo)如下表所示：

  表1 合成料隧道窯燒后指標(biāo)

  2.1.2 合成料討論分析

  為了得到適合大生產(chǎn)需求的合成料，對(duì)其進(jìn)行礦相、孔徑和顯微結(jié)構(gòu)分析。

  1）XRD物相分析

  為了研究合成料礦相組成，對(duì)其進(jìn)行XRD衍射分析。分析結(jié)果如圖1所示。

  圖1 合成料XRD物相分析

  2）孔徑分布

  由圖2可知，1#合成料平均孔徑為6.2μm，2#合成料平均孔徑為13.4μm，1#合成料具有較小的平均孔徑。

  圖2 合成料孔徑分布

  3）顯微結(jié)構(gòu)

  圖中淺色部分為尖晶石相，其它為方鎂石

  圖3  1#合成料顯微結(jié)構(gòu)

  圖4  2#合成料顯微結(jié)構(gòu)

  對(duì)圖3、圖4中1~7點(diǎn)進(jìn)行探針分析，尖晶石晶粒里面有 CaO、SiO₂、Fe₂O₃ 雜質(zhì)，其化學(xué)成分如表2所示。

  表2 能譜分析

  綜上分析，1#合成料具有較小的平均孔徑和合成較好的鎂鋁尖晶石礦相，采用1#合成料制備高強(qiáng)微孔低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚。

  2.2 高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚的研制

  2.2.1試樣制備

  合成料經(jīng)過破碎再與其他物料進(jìn)行混煉，再由電螺旋壓力機(jī)壓制為磚坯。磚坯經(jīng)過干燥后進(jìn)入隧道窯進(jìn)行高溫?zé)?，最終完成高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚的制備。

  2.2.2檢測(cè)結(jié)果與討論

  表3 試樣1#、傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚檢測(cè)結(jié)果

  由上表可以看出，配方經(jīng)過優(yōu)化后的1#試樣熱震明顯提高，上表中對(duì)比了1#和傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚的技術(shù)指標(biāo)，高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚具有體密低、熱震優(yōu)良等特點(diǎn)，而在強(qiáng)度和荷軟方面雖然略有些低，但是根據(jù)使用環(huán)境要求來看，可滿足一般回轉(zhuǎn)窯的使用要求。

  圖5  試樣1100℃水冷熱震后圖片（1g為1#樣磚）

  對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量，其結(jié)果如表4所示。

  表4 導(dǎo)熱系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果

  從導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比情況可知高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚導(dǎo)熱系數(shù)與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比有較大程度的下降。

  2.2.3 抗侵蝕性研究

  由圖6高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚抗水泥物料侵蝕試驗(yàn)對(duì)比可知，高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚雖然氣孔率增大、體密降低，但是抗侵蝕性能與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比并沒有下降。

  圖6  高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚抗水泥物料侵蝕試驗(yàn)

  （電爐1500℃×6h）

  2.2.4 高強(qiáng)低導(dǎo)鎂鋁尖晶石磚現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

  圖7為國內(nèi)某水泥窯使用高強(qiáng)低導(dǎo)磚時(shí)的筒掃溫度曲線，其中普通鎂鋁尖晶石磚位置（17.4-17.8 m）筒掃溫度偏高，出現(xiàn)峰值，最高溫度達(dá)到370℃左右，而使用高強(qiáng)低導(dǎo)磚的位置（17.8-19.8 m）從筒掃溫度曲線看有明顯的下降趨勢(shì)，最終下降到300℃以下。由現(xiàn)場(chǎng)使用情況可知，高強(qiáng)低導(dǎo)磚可有效降低水泥窯筒體溫度，降低水泥窯能耗，起到環(huán)保節(jié)能的作用。

  圖7 國內(nèi)某水泥窯筒掃溫度曲線

  3 結(jié)論

  （1）鎂質(zhì)原料和氧化鋁質(zhì)原料按照一定比例共磨制備的鎂鋁尖晶石合成料，具有較好的鎂鋁尖晶石礦相，微孔特征明顯，其平均孔徑可達(dá)6.2μm。

  （2）采用微孔鎂鋁尖晶石合成料制備的鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比，雖具有較高的氣孔率，但是其微孔結(jié)構(gòu)保證抗侵蝕和高溫性能指標(biāo)不受影響，熱震性能明顯改善，同時(shí)微孔結(jié)構(gòu)可以明顯降低導(dǎo)熱系數(shù)，從而降低筒體溫度，達(dá)到節(jié)能的效果。