水泥窯用耐火磚的堿蝕原理及耐堿磚品種和性能

新型干法水泥窯的堿蝕起因于揮發(fā)性組分的循環(huán)富集，以及堿對鋁硅質(zhì)耐火材料的侵蝕。

水泥窯使用的原料和燃料中含有K、Cl、S等揮發(fā)性元素，這些揮發(fā)性元素在高溫帶被蒸發(fā)，冷凝在低溫區(qū)的窯料上，經(jīng)預(yù)熱器和電收塵器層層收捕后，又隨窯料進(jìn)入高溫帶再次揮發(fā)，直至達(dá)到平衡。平衡建立后，K2O可富集5倍;SO3可富集3~5倍;Cl可以富集80~100倍。所以，新型干法水泥窯內(nèi)，特別是窯的預(yù)熱系統(tǒng)中窯料的堿含量很高。

K2O可以和鋁硅質(zhì)耐火材料中的SiO2(石英、方石英、鱗石英)、3SiO2·2Al2O3(莫來石)或剛玉等礦物反應(yīng)，形成鉀長石、白榴石和鉀霞石。這些反應(yīng)有很大的體積反應(yīng)。反應(yīng)伴隨著很大的膨脹和熱-機(jī)械應(yīng)力，使耐火材料發(fā)生堿裂而損壞。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)式如下所示：

耐堿磚的物理化學(xué)

耐堿磚的耐堿機(jī)理可以根據(jù)K2O-Al2O3-SiO2三元相圖進(jìn)行解釋。該三元相圖如圖1所示。

圖1   K2O-Al2O3-SiO2三元相圖

從圖1可知，K2O-Al2O3-SiO2三元相圖的莫來石初晶空間附近存在剛玉、鉀霞石、白榴石、鉀長石等幾種礦物。由此，不難根據(jù)有關(guān)礦物的分子式和密度推算化學(xué)反應(yīng)的體積效應(yīng)。

K2O分子量等于94.20,反應(yīng)前為氣態(tài)。石英SiO2的分子量為60.09,相對密度等于2.65。莫來石3SiO2•2A12O3的分子景為426.06，相對密度等于3.03。鉀長石K2O•A12O3•6SiO2的分子量為556.70,相對密度等于2.57。白榴石K2O•Al2O3•4SiO2的分子量為436.52,相對密度等于2.47。鉀霞石K2O•Al2O3•2SiO2的分子最為316.34,相對密度等于2.59。由此不難推算出，氧化鋁含量越高、氧化硅含量越低，生成物的鋁硅比越大，化學(xué)反應(yīng)伴隨的膨脹越大。如果其他條件相同，氧化鋁含量越高，也就越容易發(fā)生堿裂。

其次，看一下有關(guān)物系的三相共存溫度。石英-莫來石鉀長石系統(tǒng)三相共存點的溫度為985℃;莫來石-鉀長石-白榴石三相共存點的溫度為1140℃;莫來石-白榴石-剛玉三相共存點的溫度則高達(dá)1315℃。隨氧化鋁含量增高，出現(xiàn)液相的溫度增高，堿蝕反應(yīng)伴隨的膨脹應(yīng)力難以被松弛，堿蝕的危害增大。

所以，鋁硅質(zhì)耐火材料中氧化鋁含量越高、氧化硅含量越低，堿蝕反應(yīng)式(1)?式(3)所生成三元化合物的鋁硅比越小，不僅反應(yīng)伴隨的膨脹大，而且產(chǎn)生的應(yīng)力又不容易被松弛。所以，鋁硅質(zhì)耐火材料的氧化鋁含量越高，也就越?jīng)]有耐堿性。圖2顯示了氧化物含量對耐堿性的影響。

(圖2  鋁硅系耐火材料氧化鋁含量對耐堿性的影響)

從圖2可知，氧化鋁含量50%的樣品受到嚴(yán)重堿侵蝕，試樣幾乎崩潰;氧化鋁含量40%的試樣受到侵蝕小得多，試樣僅發(fā)生了不大的膨脹;氧化鋁含量30%的受到的侵蝕最為輕微，膨脹很小。氧化鋁含量>35%以后，耐堿性就可能受到影響。氧化鋁含量<25%以后，不僅耐髙溫性能不佳，且因試樣含有過多石英類物質(zhì)，熱震穩(wěn)定性也受到影響。一般情況下，耐堿磚氧化鋁含量的下限為25%，上限為40%。

水泥窯用耐堿磚的品種和性能

水泥窯用系列耐堿磚是中國建筑材料科學(xué)研究院于20世紀(jì)80年代研制的耐火材料。至今，水泥窯用耐堿磚的理化性能沒有太大變化，性能指標(biāo)見表8-15.

表1  水泥窯用耐堿磚的性能

表1中，普通耐堿磚是采用燒結(jié)法制備的標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品。髙強(qiáng)型是采用磷酸結(jié)合制備的不燒制品。該制品的耐壓強(qiáng)度和抗熱震性很好。耐壓強(qiáng)度下限為60MPa,熱震穩(wěn)定性下限25次，都明顯高于普通耐堿磚。但是，高強(qiáng)型制品的耐火度和荷重軟化溫度較低。隔熱型耐堿磚就是氣化鋁含量25%?40%的隔熱磚。拱頂型耐堿磚的氧化鋁含量稍高，因而具有稍高一點的荷重軟化溫度和耐壓強(qiáng)度指標(biāo)。

來源：水泥窯用耐火材料

每日一問

?水泥窯用耐火材料

? 三次風(fēng)管用耐火材料性能要求有哪些？

三次風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速較大，且冷卻機(jī)內(nèi)攜帶大量粉塵的氯堿氣在三次風(fēng)管首內(nèi)高速運轉(zhuǎn)（空氣流速達(dá)到25~30m/s），對三次風(fēng)管特別在其Y形部件和彎頭處以及封閉閥處產(chǎn)生劇烈的沖刷和氯堿侵蝕，從而引起耐火材料的疏松和剝落。

因此，三次風(fēng)管對耐火材料的要求主要就是耐磨性能良好和耐堿侵蝕性能好。