高强低导镁铝尖晶石砖的研制与应用

  1.前言

  众所周知，水泥企业属于高能耗工业，随着电力高峰期的到来，水泥企业将受到拉闸限电约束而影响水泥企业的正常运转，带来产量的降低和回转窑的运转不稳定等因素。

  水泥窑过渡带广泛使用不含铬的镁铝尖晶石砖，传统镁铝尖晶石砖具有较好的抗侵蚀性能、优良的热震性能，但其导热系数较大，容易造成筒体外壁温度高（350℃以上），散热损失大，既不节能，对筒体安全也不利。为了解决传统镁铝尖晶石砖导热系数较大的问题，本研究采用微孔合成原料制备高强低导镁铝尖晶石砖。

  2 试验

  2.1 原位合成微孔轻质镁铝尖晶石原料

  2.1.1 微孔轻质镁铝尖晶石原料的制备

  将镁质原料和氧化铝质原料按照一定比例在球磨机中共磨，并将混合好的原料制备砖坯并在隧道窑内高温烧成。合成料隧道窑烧后检测指标如下表所示：

  表1 合成料隧道窑烧后指标

  2.1.2 合成料讨论分析

  为了得到适合大生产需求的合成料，对其进行矿相、孔径和显微结构分析。

  1）XRD物相分析

  为了研究合成料矿相组成，对其进行XRD衍射分析。分析结果如图1所示。

  图1 合成料XRD物相分析

  2）孔径分布

  由图2可知，1#合成料平均孔径为6.2μm，2#合成料平均孔径为13.4μm，1#合成料具有较小的平均孔径。

  图2 合成料孔径分布

  3）显微结构

  图中浅色部分为尖晶石相，其它为方镁石

  图3  1#合成料显微结构

  图4  2#合成料显微结构

  对图3、图4中1~7点进行探针分析，尖晶石晶粒里面有 CaO、SiO₂、Fe₂O₃ 杂质，其化学成分如表2所示。

  表2 能谱分析

  综上分析，1#合成料具有较小的平均孔径和合成较好的镁铝尖晶石矿相，采用1#合成料制备高强微孔低导镁铝尖晶石砖。

  2.2 高强低导镁铝尖晶石砖的研制

  2.2.1试样制备

  合成料经过破碎再与其他物料进行混炼，再由电螺旋压力机压制为砖坯。砖坯经过干燥后进入隧道窑进行高温烧制，最终完成高强低导镁铝尖晶石砖的制备。

  2.2.2检测结果与讨论

  表3 试样1#、传统镁铝尖晶石砖检测结果

  由上表可以看出，配方经过优化后的1#试样热震明显提高，上表中对比了1#和传统镁铝尖晶石砖的技术指标，高强低导镁铝尖晶石砖具有体密低、热震优良等特点，而在强度和荷软方面虽然略有些低，但是根据使用环境要求来看，可满足一般回转窑的使用要求。

  图5  试样1100℃水冷热震后图片（1g为1#样砖）

  对产品进行导热系数的测量，其结果如表4所示。

  表4 导热系数的检测结果

  从导热系数对比情况可知高强低导镁铝尖晶石砖导热系数与传统镁铝尖晶石砖相比有较大程度的下降。

  2.2.3 抗侵蚀性研究

  由图6高强低导镁铝尖晶石砖与传统镁铝尖晶石砖抗水泥物料侵蚀试验对比可知，高强低导镁铝尖晶石砖虽然气孔率增大、体密降低，但是抗侵蚀性能与传统镁铝尖晶石砖相比并没有下降。

  图6  高强低导镁铝尖晶石砖与传统镁铝尖晶石砖抗水泥物料侵蚀试验

  （电炉1500℃×6h）

  2.2.4 高强低导镁铝尖晶石砖现场应用

  图7为国内某水泥窑使用高强低导砖时的筒扫温度曲线，其中普通镁铝尖晶石砖位置（17.4-17.8 m）筒扫温度偏高，出现峰值，最高温度达到370℃左右，而使用高强低导砖的位置（17.8-19.8 m）从筒扫温度曲线看有明显的下降趋势，最终下降到300℃以下。由现场使用情况可知，高强低导砖可有效降低水泥窑筒体温度，降低水泥窑能耗，起到环保节能的作用。

  图7 国内某水泥窑筒扫温度曲线

  3 结论

  （1）镁质原料和氧化铝质原料按照一定比例共磨制备的镁铝尖晶石合成料，具有较好的镁铝尖晶石矿相，微孔特征明显，其平均孔径可达6.2μm。

  （2）采用微孔镁铝尖晶石合成料制备的镁铝尖晶石砖与传统镁铝尖晶石砖相比，虽具有较高的气孔率，但是其微孔结构保证抗侵蚀和高温性能指标不受影响，热震性能明显改善，同时微孔结构可以明显降低导热系数，从而降低筒体温度，达到节能的效果。