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铝质中性复合耐材在竖炉砌筑上的优势

2023-12-21

□陈宝珠

　　铝质中性复合耐火材料是在原有的铝质耐材的基础上，加入莫来石、碳化硅等辅助添加材料形成的一种高性能新型复合材料。镁质耐材和铝质耐材是两种不同材质的耐火制品，同样都能作为高温窑炉内衬使用。近年来，中性铝质复合耐材横空出世，在石灰窑本体砌筑耐火材料的设计选型过程中，镁质耐材不再被选择存在多方面原因。

理化指标颇具亮点

　　镁质碱性耐火材料是以氧化镁、氧化钙为主要成分，对铁渣有很好的抵抗性，能够净化钢液以防止水口堵塞，国内镁质产品主要应用于吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些1600℃以上的高温设备上。同时，从国外全套引进的“肯巴赫套筒石灰窑”与“麦尔兹双膛石灰窑”，由于受专利技术限制，煅烧带部分采用了镁砖与镁铝尖晶石砖。

　　铝质中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。铝质中性复合耐火材料是在氧化铝的基础上配入碳化硅、莫来石、红柱石、堇青石、烧结锆、硅石等辅助添加材料，通过精确配比、混料、机压、烧制、调温等一系列新型工艺技术烧制而成的。该材料可以针对不同工业窑炉、不同用户的实际使用工况，不断改进和提升工艺。

　　对比镁质碱性材料与铝质中性新材料的指标，镁质砖主要指标远低于铝质新型复合砖指标，尤其在耐压强度、抗热震性和抗侵蚀性方面。铝质新型复合砖常温耐压强度大于110MPa，比镁质砖高83%;在1100℃下迅速水冷铝质新型复合砖抗热震性达到20次，而镁质砖在同温度下风冷次数仅能达到10次。铝质新型复合砖气孔率为15%，比镁质砖少3%。铝质新型复合砖的0.2MPa荷重软化开始温度是1680℃，也比镁质砖的温度高120℃。根据耐材使用常识，耐压强度越高砖就越耐磨;热震次数越多，砖的使用寿命就越长。因此，铝质新型复合耐火砖要比镁质砖经久耐用。

实际应用效果良好

　　国内已建成投产的“套筒窑、双膛窑”这两个窑型，多数镁质耐材使用效果不是很好，有的双膛窑使用不到两年，镁砖就开始粉化，一块一块往下掉。有权威研究部门针对MgO-CaO系列耐火材料中CaO含量对镁钙系耐材性能受水化影响进行了实验，并对实验结果进行了详细分析后，得出以下结论是MgO-CaO系列耐火材料最大的不足在于游离CaO的水化，从而使MgO-CaO砂粉化，导致砖出现裂纹或开裂。

　　除国外设计的套筒窑和双膛窑外，国内有几百座竖式石灰窑都在使用高铝砖，正常使用都在5年以上，有的石灰竖窑使用10年了还正常生产。而以宝武韶钢、扬州恒润、盛隆冶金等公司的石灰窑为例，窑型从日产100吨~600吨不等，使用的燃料有高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气、混配气、喷煤粉等。石灰竖窑设计、建造均采用中性铝质砖替代镁质耐材，目前使用效果也很好。

　　从温度上讲，石灰石的煅烧温度最高不超过1280℃;白云石的煅烧温度最高不超过1350℃;石灰石粒度40mm~80mm煅烧温度为1000℃~1100℃;白云石粒度40mm~80mm煅烧温度为1150℃~1250℃。石灰窑的煅烧温度不太高，用低蠕变、高强度、低气孔的铝制耐材完全能满足石灰窑煅烧需要。

　　从镁质耐材怕潮怕水特性来说，高铝砖不论是储存上还是窑炉砌筑上都更具优势。镁质砖主要成分为MgO-CaO，氧化钙易与水反应，有的镁质耐材存放5~6个月就会自动粉化，而铝质砖存放10年，指标不会有改变。窑炉砌筑上，砌筑镁砖时，使用的耐火泥浆含大量的水份，这些水份被镁砖稀释，会造成一次损害。窑炉砌筑完进行烘窑时，又会有大量水份顺窑壁流下，镁质耐材又会吸收一部分水。镁砖在没有使用前，CaO-H2O就已经发生了反应，分解后的砖有小块剥落，为以后石灰窑的正常生产埋下隐患，形成二次损害。每年雨季，进窑石料潮湿，经过预热带、煅烧带，石料上的水份被烘干，变成了湿气。由于双膛窑是并流煅烧，两个窑筒交替煅烧和排废气，这股湿气会随着料向下移动，通过连接孔进入另一个窑筒，最后随废气排出。在这个过程中，湿气至少经过两个窑筒煅烧带的镁质耐材部位各一次，日复一日，持续对镁质耐材进行侵蚀，缩短使用寿命，形成第三次损害。

原料成本具有优势

　　从原料储量上来看，我国有丰富的铝矾土资源，总储量约37亿吨，居世界前列，主要分布在山西、山东、河南、河北、贵州、广西、四川、辽宁、湖南等地。成本低、生产工艺成熟，使其在市场价格上相比镁质耐材更有优势。

　　综上所述，在竖式石灰窑的耐材内衬选择上，铝质新型复合耐材更加皮实耐用，价格也更有优势，其完全替代镁制碱性耐材只是时间上的问题。

　　本文经「原本」原创认证，作者中国冶金报社，访问yuanben.io查询【4QIUG8R1】获取授权信息。