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水泥回转窑用碱性耐火材料的无铬化

第25卷第1期2002年3月武汉科技大学学报(自然科学版)

J.ofWuhanUni.ofSci.&  Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.25,No.1

Mar.2002

水泥回转窑用碱性耐火材料的无铬化

钱忠俊,朱伯铨

(武汉科技大学高温陶瓷耐火材料重点实验室,湖北武汉,430081)

摘要:为了消除铬公害以及替代燃料的使用,研制水泥窑用碱性砖的无铬化势在必行。研究表明,用白云石砖、尖晶石砖、镁锆钙砖代替镁铬砖,符合碱性砖无铬化的发展趋势。关键词:水泥回转窑;无铬碱性砖;白云石砖;镁尖晶石砖;镁锆钙砖

中图分类号:TQ175171  文献标识码:A  文章编号:1001-4985(2002)01-0016-03

1 推行无铬化的原因

众所周知,镁铬砖一直广泛应用于水泥回转窑的烧成带和过渡带。这种砖具有如下优点:①良好的挂窑皮性;②低的热导率;③对水泥熟料具有良好的抗侵蚀性。然而在回转窑内的氧化气氛中,由于碱渗入铬尖晶石中,三价铬离子Cr3+被氧化成六价铬离子Cr6+,其反应为[1]:2[Cr(Ⅲ)2O3]+3O2+4R2O→4[R2Cr(Ⅵ)O4]。由于硫酸盐的侵蚀,这些物质进一步生成了化合物

)O4)y]。这些具有水溶性的、R4[(SO4)x(Cr(Ⅵ能毒害人畜并能致癌的六价铬盐化合物通过水泥窑

的废气和粉尘排放,特别是用后的废砖在存放过程中受水淋而外渗,污染环境,尤其是污染水源。随着环保意识的提高,一些工业化国家(如德国、美国等)已通过立法来限制镁铬砖的使用。我国对此也有相应的规定。在这样的限制下,对于镁铬残砖的安全处理费用必然是十分的高昂。因此水泥生产厂家不得不放弃使用这种材料。这就意味着耐火材料生产厂家必须开发出镁铬砖的替代品,以适应这种水泥窑炉衬材料无铬化的趋势。

火材料中一直处于主导地位。另外,在水泥窑烧结带常使用的材料就是白云石砖。因为白云石砖不易与水泥组分发生反应生成低熔物,因此它是一种极好的抗熔蚀材料。但是这种砖也存在如下缺点:①抗结构剥落性差;②自身的耐热剥落性差;③固有的水化性。这些缺点使得白云石砖没有得到大面积的推广使用。

过渡带的情况也大致如此。但是20世纪60年代出现的大型水泥回转窑打破了镁铬砖在水泥窑碱性耐火材料中的主导地位,氧化镁尖晶石砖代替了镁铬砖在过渡带中的位置。于是烧成带用镁铬砖,过渡带用尖晶石砖的基本格局在20世纪70年代的大型预分解窑内基本奠定。

3 碱性砖的开发研制

面对20世纪70年代出现的两次石油价格冲击,许多水泥生产厂家不得不开始使用煤和其他燃料来代替燃油以节约成本。80年代,含热能的工业下脚料和天然废料在西方水泥窑内得到了广泛的利用。劣质燃料的使用,使得窑内气体中的碱、硫、氯的含量显著增高,并且窑内气氛也波动不稳。窑内碱盐(RCl和R2SO4)在窑内形成了碱循环。在碱循环过程中,这些碱盐渗入砖内,并发生反应生成一些碱性矿物,如石榴石(K2O Al2O3 4SiO2)和钾长石(K2O Al2O3 6SiO2)等。在这些碱性矿物生成过程中伴随有体积膨胀。窑砖被碱盐侵蚀后,其热膨胀系数常常达到原来砖的2倍[3]。这种被侵蚀的砖,不仅其体积膨胀,而且其变质层和原质层的膨胀系数不同,从而产生与工作面平行的裂纹,进而产生剥落现象。所以代用燃料的使用,使得化学损毁和机械应力及热化学应力成损毁为内衬材料的主要损毁因素。

2 水泥窑用碱性砖的发展简况

最初的湿法回转窑的烧成带使用的是Al2O3

含量为70%~85%的高铝砖[2]。由于硅酸钙和氧化铝反应生成多种低熔点相,因此这种衬砖的使用寿命并不理想,代之而起的是高纯镁砖。但是镁砖存在以下缺点:①抗热震性差;②线性膨胀大;③杨氏模量高(缺乏柔韧性)。所以镁砖使用效果也不理想。20世纪50年代出现的镁铬砖使得炉衬寿命有了大幅度的提高。由于其优异的性能,理想的使用效果,使得镁铬砖在水泥回转窑耐

  收稿日期:2001-05-04

),男,武汉科技大学材料与冶金学院,硕士生.  作者简介:钱忠俊(1975—

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