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，又隨窯料進入高溫帶再次揮發(fā)，直至達到平衡。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-機械應(yīng)力，使耐火材料發(fā)生堿裂而損壞。有關(guān)化學反應(yīng)式如下所示：

耐堿磚的物理化學

耐堿磚的耐堿機理可以根據(jù)K2O-Al2O3-SiO2三元相圖進行解釋。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研究院于20世紀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)法制備的標準型產(chǎn)品。髙強型是采用磷酸結(jié)合制備的不燒制品。該制品的耐壓強度和抗熱震性很好。耐壓強度下限為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度指標。

來源：水泥窯用耐火材料

每日一問

?水泥窯用耐火材料

? 三次風管用耐火材料性能要求有哪些？

三次風管內(nèi)風速較大，且冷卻機內(nèi)攜帶大量粉塵的氯堿氣在三次風管首內(nèi)高速運轉(zhuǎn)（空氣流速達到25~30m/s），對三次風管特別在其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。