水泥窑用不定形耐火材料

不定形耐火材料主要用于新型干法水泥窑内形状不规则或窑体发生变形的部位，如预热系统、窑尾、窑头、喷煤嘴、三次风管、冷却机及余热发电等。不定形耐火材料品种繁多，性能差别显著，施工、维护对使用寿命影响极大。为了提高水泥窑的运转率，耐火材料工程师需要熟悉各种不定形耐火材料的性能，掌握在不同条件下选择、使用这些材料的方法。
不定形耐火材料的关键有三点
其一，结合方式;
其二，升温后胶结物内部、胶结物和被胶结物之间、被胶结耐火原料之间错综复杂的反应;
其三，不定形耐火材料与窑料、窑气、锚固件、窑体之间更加复杂的物理化学作用。
结合是不定形耐火材料的基质之间，基质和骨料之间产生粘接而具有抵抗外力作用而不破坏的能力。一般情况下，不定形耐火材料的结合分为水泥结合、化学结合、凝聚结合三种方式。
狭义上，水泥指铝酸钙水泥。水泥结合是依靠水泥水化产生的结合。水化是固态物质和水反应，形成固态含水物质的化学反应。
水泥结合
水泥结合包括下述三种类型：
①水泥水化产物之间直接发生物理化学作用产生的结合;
②水化产物和高活性物质(如硅溶胶)反应产生的结合;
③水化产物和硅灰、锻烧高岭土微粉、煅烧氧化铝微粉等具有火山灰活性物质的表面发生物理化学作用产生的结合。
化学结合
化学结合是依靠结合剂发生化学反应产生的结合。但是，这些化学反应不包括可水化物质与水的反应，至少不以水化为主，否则，就应归类于水化结合。一般情况下，常见的化学结合有下述三种类型：
①结合剂和耐火材料反应产生的结合;
②结合剂和硬化剂反应产生的结合;
③以上两种方式复合产生的结合。
例如，水玻璃结合既可以由结合剂和耐火材料反应产生(水玻璃镁砖)，也可以由结合剂和硬化剂反应产生(水玻璃+氟硅酸钠)。磷酸盐结合既可以由结合剂和耐火材料反应产生(磷酸盐砖)，也可以由复合结合产生(由磷酸作结合剂，水泥作促凝剂制作的磷酸盐结合不定形耐火材料)。
凝聚结合
凝聚结合指由微粉凝聚产生的结合。凝聚结合有下述两个关键：
①实现微粉由分散到凝聚的转变，这就需要迟效硬化剂;
②增大固相体积，减少液相体积，减少气孔率和提高微粉间的粘接力。这样就或多或少地与水泥结合有些关联。
广义上说，水泥是能发生水化反应，进而通过直接和间接的物理化学作用产生结合或强度的粉状物质。例如，铝酸钡Ba0•Al203是一种特种耐火水泥。再如，ρ-AUOs也是一种特种耐火水泥。还有Mg0-Si02-H20结合被认为是凝聚结合。但是，这种结合需要利用MgO的水化改变液相的性质产生凝结，利用MgO的水化物和硅灰表面发生作用产生硬化，还需要MgO和硅灰在升温过程中发生物理化学反应形成M2S等物质产生结合。所以，本质上MgO-SiO2-H2O结合也属于水泥结合。
升温中，不定形耐火材料中发生一系列十分复杂的物理化学反应。常见的物理化学反应以超低水泥结合耐火浇注料为例有下述：
①脱去游离水;
②水化物脱去结合水;
③水化物的转变;
④脱水水化物和硅灰的反应;
⑤硅灰和氧化铝微粉的反应;
⑥在莫来石的晶核的作用下，从中间相中形成莫来石晶体;
⑦形成发育良好的莫来石、钙长石新生结合相。
使用中，超低水泥浇注料承受十分复杂的工作负荷，逐渐变质、损坏，造成的原因有以下几种：
一是高温窑气对耐火材料的辐射、对流传热;
二是灼热窑料产生的冲击、磨损;
三是窑料中CaO等产生的侵蚀;
四是窑气中K2O等挥发性组分侵入、凝聚和侵蚀耐火材料;
五是窑温变化产生的热震破坏;
六是因温度、热膨胀系数的不同，不定形耐火材料、锚固件和窑体间产生很大应力，致使窑衬损坏或锚固件被拔出;
七是锚固件受到氧化、腐蚀破坏，致使衬料垮落。
外人看来，不定形耐火材料似乎简单。实际上，不定形耐火材料是一种高度非均质、多层次的复合材料。制造中，不定形耐火材料微观结构形成、发展，产生结合的原理相当复杂。使用中，不定形耐火材料如何抵抗高温、侵蚀、热震、机械应力的破坏而获得更长使用寿命的问题更加精深。因此，要选好、用好不定形耐火材料并不容易。首先，要熟悉各种不定形耐火材料的特性;其次，要弄清使用部位的主要损坏机理;再者，扬长避短地选择和使用适宜的耐火材料;最后，仔细观察使用结果，深入分析后，找出存在问题和提出解决方案。总之，既要精通耐火材料的理论，又要解决实际问题，特别要解决一些业内长期不解的难题，或者要有一些新的发明，才能在耐火材料学界具有立足之地。