水泥窑用浇注料研制应用
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水泥窑用浇注料研制应用

发布时间:2015-6-2 16:11:03
    大型水泥预分解窑(以下称该窑),是近几年来水泥工业大力发展的主流设备,该设备不仅工艺先进、节能、节材,而且劳动生产率很高。目前,日产10000t的生产线已有多条建成投产。先进的工艺设备在带来高效益的同时,对澳门英皇宫殿官网也提出了新要求。特别在窑口、喷煤管部位,澳门英皇宫殿官网的工作环境更恶劣。现用材料(包括某些进口材料)一般寿命只有3~4个月,影响了该窑效益的发挥,成了急需解决的关键。

一、研制过程

1使用条件及损毁机理分析。

    该窑采用了多项先进工艺和强化煅烧工艺,如余热利用,原材料和二次风预热,提高了窑体转速、加大喷煤量、提高产量等,这些措施既提高了该窑的热利用率和生产效率,也使水泥窑用浇注料内澳门英皇宫殿官网工作条件更为恶化。主要有:碱、氯、硫等有害物质被富集,浓度提高、化学侵蚀严重;窑内火焰温度相对较高、波动较大、热应力增加;在窑口和喷煤管部位每天成千上万吨熟料和大量燃料通过,造成机械磨损和粉尘气流冲刷;窑体转速加快、喷煤量加大,均造成振动和机械应力破坏。从现场使用情况和退出使用的耐磨浇注料损毁情况观察分析,也主要表现为碱裂、热应力剥落、机械应力损毁和磨损

2原材料选择。

    通过观察分析,窑口、喷煤管浇注料(以下称浇注料)首先必须有良好的化学稳定性,特别是耐碱侵蚀性;其次是强度高、抗热震性要好。通过筛选,大家初步选定电熔尖晶石为主要原料。为了提高结合强度,大家增加了超细粉,为了进一步提高浇注料密度和可施工性,大家使用了高效分散剂,减少了加水量。

主要原料的化学成份如表一:
原   料
Al2O3
MgO
SiO2
CaO
Fe2O3
R2O
尖晶石颗粒
73.04
23.11
0.49
2.74
0.22
-
尖晶石细粉
73.52
23.06
0.51
2.62
0.28
-
uf-α -Al2O3
99.27
-
0.21
-
0.02
0.31
纯铝酸钙水泥
75.31
-
-
23.03
-
-
3试样制备和性能测试。

耐碱性试验采用静态坩埚法,试后切开,直接观察测量侵蚀情况和尺寸。
抗热震测试采用1100℃→水冷,十次后测试样的残余抗折强度及强度保持率。
强度测试采用40×40×160标准试块,测冷态抗折、耐压强度。

流动度采用圆台形模具¢100×¢70×50,模子置于振动台上,放上浇注料后脱除模具,振动20秒(振动流动),测试料饼直径作为流动值指标(单位mm)。

配方设计时颗粒级配依据Andreassen公式,CFPT/100=(L/Lm)q。q=0.25、0.27、0.29、0.31分别试验,通过紧密堆积试验,确定最佳颗粒级配,按骨料(W):粉料(W)=65;35配料。临界颗粒,窑口浇注料在12~15mm之间,喷煤管在5~8 mm之间选择(根据浇注料实际厚度调整)。在作某项对比实验时,只改变需要比较的部分,其他条件相对固定,进行对比实验。


二、试验结果与分析

1耐碱性试验:

    取尖晶石、电熔镁砂、白刚玉三种原料采用相同的粒度组成和工艺,分别制成规格相同的坩埚,经养护,110℃×24h烘干,装入碱性侵蚀剂于1550℃×3h处理(碱性侵蚀配方:水泥熟料:硫酸钾:煤粉=35:60:5),随炉冷却后取出,从中间切开,观察和测量结果见表二:

          
 
坩埚侵蚀深度
坩埚渗透深度
坩埚外部裂纹情况描述
电熔尖晶石
3~6
2~5
有细小的网状裂纹,宽度在0.5mm以下
电熔白刚玉
8~12
6~10
严重裂开,宽度在2mm左右
电熔镁砂
7~10
5~9
有较多有网状裂纹,宽度在1mm左右
    试验结果表明:尖晶石料明显优于白刚玉和电熔镁砂。进一步的分析可知,白刚玉在高温强碱作用下,Al2O3和R2O会发生反应生成R2O.11 Al2O3,产生较大体积膨胀,造成所谓“碱裂”。而电熔镁砂主要是易水化和抗热震能力很差,易形成气孔和裂纹,造成坩埚密度较低,另外电熔镁砂不易与碱性物质反应形成高粘度的熔融物,阻止碱性物质侵蚀。所以碱性熔融物质容易渗透。尖晶石材料具有憎碱性,碱性熔融物对其浸润性很弱,故不易发生碱侵蚀和渗透。

2增韧剂对浇注料性能的影响

    为了提高浇注料的抗热震性能,大家利用微裂纹增韧机制。即在浇注料中加入了ZrO2细粉(<0.074mm),加入量分别为a-2,a,a+2。其他条件不变的制成试样,经热处理后,测冷态残余抗折强度,结果如表三:

加入量
0
a-2
a
a+2
热震前抗折强度Mpa
13.62
13.6
15.32
12.75
十次热震后残余抗折强度
3.95
4.67
6.8
5.2
保持率(%)
29
34.34
44.39
40.78
    从上述结果看,加ZrO2明显好于不加ZrO2,加入量以a为最好。ZrO2的微裂纹增韧作用已被多方应用实践所证明(2)。大家的试验,主要是选一个合适的加入量,加入量过多则形成的微裂纹可能会聚集,形成较大裂纹,使浇注料强度降低过多,且对增韧不利。所以选择ZrO2为增韧剂,除考虑增韧效果外,ZrO2很强的抗化学侵蚀能力也是重要因素,即加入ZrO2增韧后,在增韧的同时,不会降低浇注料的抗侵蚀性能。

3基质料颗粒级配优化对浇注料性能的影响

    选定了尖晶石为主要原料后,为进一步提高耐碱性和强度,实验对基质料进行了颗粒级配优化,优化前后的浇注料性能见表四:           
 
 
抗折(MPa)
耐压(MPa)
坩埚侵蚀深度
坩埚渗透深度
坩埚外部裂纹情况描述
优化前
18.51
114
3~6
2~5
有细小的网状裂纹,宽度在0.4mm以下
优化后
24.82
147.5
2~3
0~4
极少的细小裂纹,宽度在0.3mm以下
    对基质料进行颗粒级配优化,是当前浇注料技术发展的一个趋势,是进一步提高材料性能的重要措施,通过反复进行级配试验使浇注料更加致密,促进了基质间的原位合成尖晶石反应,增加了结合强度和抗侵蚀性。

4分散剂的选择及其对浇注料性能的影响
    分散剂的作用主要是提高浇注料的流动性,减少加水量,分散剂对浇注料性能的影响不仅决定于自身,还决定于其他添加剂及超细粉的性质。在目前理论不多的情况下,是一个实践性较强的工作3。大家通过反复试验,在原料和超细粉配方确定的前提下:在不同的温度下,分别选用不同的分散剂用量,加水量≤5%,就能获得较好的流动性及合适的可工作时间,结果见表五:

环境温度
TPP%
NMP%
AB%
SV%
WB%
可工作时间
流动值
≥30℃
0.12
0.08
0.08
40
198
10~30℃
0.08
0.06
0.05
60
220
≤10℃
0.14
0.1
0.05
90
185

3、实际应用

    研制料通过优化定形后进行了系统测试,结果及与同类产品比较如表六:


 
丹麦HY-1
国内某厂
研制品
化学成分
Al2O3     %
≥95%
>90%
Al2O3+ MgO
≥90%
MgO     %
SiO2        %
~4
5~7
CaO     %
~0.4
1.5~1.9
1~62
物理性能
抗折
110℃×24h
15
10.2
1550℃×3h
20
24.4
耐压
110℃×24h
 
150
82.5
1550℃×3h
80
147.9
线变化
1100℃×3h
0.1
+0.8~0.33
1550℃×3h
0.45
+0.92
-0.4
加水量%
6.0~7.0
~5
使用寿命
4个月左右
3~4个月
6个月以上


    浇注料首先在英皇宫殿网上17388_www.yhgd5.com【英皇指定官网】一号生产线(4000t/d)喷煤管上使用,2000年3月5日开始使用,2001年2月29日停用,累计使用时间334天。其后推广到其他生产线应用,均取得了较好效果。根据在多条生产线(包括多家水泥企业日产2000t~10000t生产线)近2~3年检修施工记录统计,使用寿命平均在8个月以上。在喷煤管上使用略好于窑口。使用寿命最长超过12个月,但最短的也有不到6个月的情况。分析原因,施工养护质量是最重要的因素。此外,窑炉设备状态及其工艺稳定性,能否形成稳定牢固的窑皮,窑口护铁结构、窑炉其他因素造成的检修周期变动等因素均有一定影响。与生产线生产能力大小亦有较大关系,但统计结果显示在5000t/d、10000t/d的生产线上的平均使用寿命与在2500~2000 t/d生产线上的使用寿命相差并不很大。分析认为:前者多是近两年建成的新线,设备工艺较稳定,护铁结构合理,施工养护质量较高。而2000~2500 t/d生产线多属于投产较早的老生产线,多种因素造成检修周期和检修时间缩短,浇注体养护时间不足等均会影响使用寿命。若就同等情况比较,在2000~2500 t/d生产线上的使用寿命明显优于5000~10000 t/d生产线上的使用寿命。 
         

    观察可见总的情况较好,喷煤管主要是下部砂尘气流冲刷磨损。窑口局部热震及机械应力形成裂纹破损,适当修补仍可再用。


4、结语:

    纯铝酸钙水泥结合电熔尖晶石浇注料耐碱性强、抗结皮,比较适合大型水泥预分解窑窑口、喷煤管恶劣的工作环境下使用。通过合理的颗粒级配优化,辅以合适的分散剂、增韧剂和超微粉,使用寿命可达8个月以上。
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