钛铝陶瓷复合材料在水泥窑的应用

前言

目前水泥窑很多部位仍需要使用浇注料来适应结构复杂的部位，其中水泥窑前窑口、三次风闸板、三次风弯管等部位，存在温度波动较大、热应力高，高温飞砂磨损大等问题。浇注料的使用寿命受施工过程、烘干烘烤质量控制影响较大，一旦损坏严重就需要停窑检修，严重影响水泥窑运行效率。因此，开发长寿、高效、节能的耐火材料制品，解决水泥窑系统中关键部位使用寿命稳定性，成为水泥行业迫切需要解决的共性难题。

一、钛铝陶瓷复合材料介绍

郑州利孚新材料有限公司公司与法国TRB公司合作，针对水泥行业生产过程中遇到的，易磨损、侵蚀严重等难题，引进法国先进复合材料制造技术和全自动生产设备，研发出了钛铝陶瓷复合材料。

1.1 钛铝陶瓷复合材料的组成

该材料使用70%进口陶瓷材料加30%钛铝合金纤维，使用定制搅拌机搅拌均匀，在恒温恒湿条件下放置入专用模具中进行养护，最后使用定制烘烤设备按标准升温曲线进行烘烤，即可得到钛铝陶瓷复合材料成品。

该材料中钛铝合金纤维含量比普通钢纤维浇注料高10倍以上，同时这种纤维比普通304耐热钢纤维使用温度更高，韧性更强。通过与陶瓷材料的复合，赋予了该材料金属般的超高强度及韧性，同时具有陶瓷材料在高温环境中的高耐磨性及抗侵蚀性。

1.2 钛铝陶瓷复合材料性能指标

根据GB/T5988-2004、GB/T2997-2000、GB/T5072.2-2004、YB/T370-1995分别测试试样烧后的线变化率、耐压强度、体积密度、气孔率；经检测，LF-TCH(适合侵蚀严重部位)、LF-TCS(适合磨损严重部位)、各项性能指标都达到可用于实际水泥窑生产。检测指标如下表所示：

1.3 钛铝陶瓷复合材料性能优势

众所周知水泥窑系统内温度波动、碱、氯、硫等有害物质侵蚀等多种原因，要求所使用耐火材料具有强度高、抗震性好、抗氧化、耐磨损、抗侵蚀等高温性能。而钛铝陶瓷复合材料具有陶瓷材料的高耐磨、高抗侵蚀性能，又具有金属材料的超强韧性及超高强度，用于高温环境中，易磨损、侵蚀严重等部位，使用寿命远远超过传统浇注料。具体对比数据如下图所示：

1.4 钛铝陶瓷复合材料应用范围

钛铝陶瓷复合材料为不定型材料，可以根据客户使用部位不同单独设计模具加工制作，大到水泥窑三次风闸板单块8吨重，小到窑尾烟室空气炮嘴单块30公斤重均可设计加工，普遍应用于水泥窑各种使用寿命不稳定、使用寿命短等影响系统正常运行部位。 

二、钛铝陶瓷在水泥窑的应用案例

图3、图4为中材云孚水泥窑前窑口使用安装现场

图5、图6为湖南海螺三次风闸板使用安装现场

三、结语

从2017年开始，郑州利孚新材料有限公司生产的钛铝陶瓷复合材料产品已应用于国内数十家水泥企业，在前窑口、三次风闸板、空气炮、烟室月亮门等部位均取得了较好的使用效果。

图7、图8为桃江南方水泥使出具的应用说明节选，该客户使用窑口预制件使用寿命累计38个月，拆除时预制件正常磨损，整体结构完好，没有出现松动、脱落现象。同时正在国内多家海螺公司使用的三次风闸板使用寿命远超以往产品，目前观测闸板整体结构仍完好，没有异常剥落情况，预估使用寿命可达到以往产品3倍以上。

在新常态下，提质增效降低成本是水泥行业的主要工作，同时也对耐火材料提出了更为苛刻的质量要求，郑州利孚将会为水泥行业提供更多解决方案。