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  關鍵詞：莫來石均質料，高鋁礬土熟料，硅莫磚，耐磨性能，導熱系數(shù)，水泥窯

  引言

  目前我國礬土資源利用率很低，大量的中低品位的礦石被廢棄，資源浪費現(xiàn)象非常嚴重^[1-2]。立足我國高鋁礬土資源特點，采取措施降低Ⅱ等高鋁礬土雜質含量（主要TiO₂和Fe₂O₃），并通過多級均化、真空擠泥、高溫可控剛玉/莫來石化燒結等聯(lián)合工藝獲得優(yōu)質莫來石均質料。莫來石均質料二次莫來石化程度高，晶相發(fā)育良好，并且吸水率低，結構致密。適宜開發(fā)具有低氣孔、低蠕變、高耐磨等優(yōu)良性能新型定型制品^[3-4]。

  隨著水泥生產技術的進步，水泥回轉窯逐漸向大型化發(fā)展。水泥回轉窯過渡帶對耐火材料熱震穩(wěn)定性、耐磨性、抗機械應力、抗化學侵蝕的要求越來越高。現(xiàn)階段硅莫磚的生產主要采用回轉窯或者倒焰窯生產，鋁含量為85%以上的鋁礬土與紅柱石，碳化硅等配合制備而成^[5-6]。本文研究莫來石均質料替代鋁礬土在硅莫磚中的應用。利用莫來石均質料代替Al₂O₃含量為85%或者88%的高鋁礬土與紅柱石，碳化硅等混合后，經高壓成型、高溫燒成制備了新型硅莫磚。使用莫來石均質料能夠提高產品的荷重軟化溫度及耐磨性能，同時降低了產品的體積密度，使產品單重減小，從而降低了回轉窯內襯負荷達到節(jié)能降耗目的，并延長其內襯的使用壽命。

  1. 試驗

  1.1試驗原料

  新型硅莫磚以莫來石均質料為骨料，特級礬土，碳化硅，紅柱石和金屬硅為基質配合而成。為莫來石均質料的理化性能指標。可以看出，莫來石均質料相對85礬土熟料具有雜質含量低，體密低的特點。

 莫來石均質料的XRD圖譜可以看出，主晶相為莫來石相，還有一部分剛玉相。從莫來石均質料微觀結構照片中可以看出，高溫燒結莫來石均質料莫來石晶相發(fā)育良好，晶粒生長均勻，并且形成較為完善的莫來石網絡結構，結構緊密。

1.2新型硅莫磚的理化性能

  1.2.1 結果與分析

  1）常規(guī)理化性能檢測

  按照相應國家標準進行試樣常規(guī)性能檢測，具體如下：按GB/T2997-2000檢測試樣體積密度和顯氣孔率，按GB/T5072-2008 檢測試樣常溫耐壓強度，按YB/370-1995檢測試樣的荷重軟化溫度，按YB/T376.1-1995檢測試樣的熱震穩(wěn)定性（1100℃，水冷）。

 列出了新型硅莫磚燒后試樣的理化性能列出了新型硅莫磚與普通硅莫磚理化性能的比較。

  采用莫來石均質料代替Al₂O₃含量85%或者88%高鋁礬土熟料制備新型硅莫磚，與普通硅莫磚性能對比可以發(fā)現(xiàn)：新型硅莫磚的Al₂O₃含量降低10%左右，SiC含量相當。但是試樣的顯氣孔率和體積密度降低，新型硅莫磚的耐壓強度和荷重軟化溫度明顯提高

A 耐磨性

  耐磨性能對于硅莫磚來說是一個非常重要的指標，在高溫使用過程中，硅莫磚因為SiC的氧化在其表面形成了一層致密的玻璃質釉層，避免了硅莫磚與磨損顆粒的直接接觸，從而起到保護硅莫磚的作用。表面致密釉層在高溫使用過程中會被不斷的磨損，但其新的致密釉層又會不斷形成，使得材料具有良好的耐磨性能^[7]。從新型硅莫磚與普通硅莫磚耐磨系數(shù)對比試驗可以看出，新型硅莫磚的耐磨性能要優(yōu)于普通硅莫磚，特別是內部耐磨性能。圖3為新型硅莫磚和普通硅莫磚耐磨試驗后外觀形貌照片。從圖中可以看出，普通硅莫磚骨料和基質被沖刷現(xiàn)象比較嚴重，而新型硅莫磚磨損較少，這主要是因為新型莫來石均質料結構致密，體積穩(wěn)定，使得硅莫磚的強度高，氣孔率低，從而提高了其耐磨性能。

 B 導熱性

  目前，已有多種導熱系數(shù)測試方法，如平板法、熱流法、熱線法、激光法等等。然而，沒有任何一種方法能夠適合于所有的應用領域和材料。要得到準確的測量值，必須基于材料的導熱系數(shù)范圍與樣品特征，選擇正確的測試方法。本實驗，在同等的檢測方法（激光法）下，對鎂鋁尖晶石磚和新型硅莫磚進行導熱系數(shù)的檢測。

 導熱系數(shù)的檢測結果(武漢科技大學)

  通過檢測數(shù)據(jù)對比，驗證了鎂鋁尖晶石磚的導熱系數(shù)大于新型硅莫磚，而在實際應用中，跟蹤產品實際使用效果來比較新型硅莫磚和鎂鋁尖晶石磚筒體溫度，同樣驗證了導熱性能上的差異。

  C 荷重軟化溫度

 給出了不同配方的試樣燒成后荷重軟化溫度。一般情況下，荷重軟化溫度主要與試樣的骨料有關，顯然用70莫來石均質料替代85礬土熟料后提高了材料的荷重軟化溫度。

試樣的荷重軟化溫度

  2 新型硅莫磚的應用

  實例一：下表為某水泥廠回轉窯耐火磚砌筑情況：優(yōu)化前后配置

某水泥公司5000t/d水泥窯的優(yōu)化前后配置

  在上過渡帶前段 28m~35m處，優(yōu)化前使用鎂鋁尖晶石磚的筒體溫度平均在380℃左右，而優(yōu)化后使用新型硅莫磚的筒體溫度平均在320℃，相差近60℃，可以明顯體現(xiàn)出新型硅莫磚能很好的使用在上過渡帶前段，替代鎂鋁尖晶石磚，而且其導熱系數(shù)比鎂鋁尖晶石低的特點得到了良好的體現(xiàn)，筒體溫度低約60℃，起到了節(jié)能的效果。

  實例二：下表是某水泥廠回轉窯高溫帶耐火磚的具體配置情況。為了充分說明新型硅莫磚的導熱性低，在上過渡帶前段使用了3m（16m~19m）新型硅莫磚，后面11m（19m~30m）砌筑鎂鋁尖晶石磚以做對比。

 某水泥廠日產2500噸水泥熟料干法水泥窯內襯耐火磚配置

  項目組依據(jù)本次試驗跟蹤觀察記錄3個月的窯筒體外壁實際溫度記錄

5月份窯筒體外壁溫度

 6月份窯筒體外壁溫度

 7月份窯筒體外壁溫度

  結合耐火磚配置及筒外壁溫度可以明顯發(fā)現(xiàn)，從16m處溫度急劇下降，17m左右筒掃溫度最低，19m后溫度開始上升，到23m~25m達到320℃左右。這與新型硅莫磚所處位置相吻合。以此判斷，新型硅莫磚導熱系數(shù)明顯低于鎂鋁尖晶石磚，可以為水泥廠節(jié)煤耗