水泥窑用耐火材料-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

水泥窑用耐火材料品种，随着水泥生产工艺技术进步，从单一品种发展为多品种，一般可分为硅铝质砖、碱性砖、隔热耐火材料、耐火浇注料和各种火泥。随着新型干法水泥生产技术的发展及环境保护的日益严格要求，对预分解窑全窑系统的耐火砖、隔热材料、浇注料及其锚固件等都提出许多新的要求，推动了耐火材料工业的技术发展。如：窑径增大使窑衬内单位热负荷增加；窑速增快，使窑内衬热震应力增大；高质量熟料硅酸盐矿物增多，煅烧温度提高，窑内衬料易受过热损坏和熔蚀。镁铬砖窑内使用时，在碱(或硫)的作用下，稳定的3价铬转化为氧化能力极强的6价铬，污染水源，对人体造成伤害，国内外环保部门已提出限制生产和使用。鉴于以上状况，20世纪90年代以来，耐火材料工业通过技术创新，已推出许多环保性能兼备的新型产品，逐步使用如尖晶石镁砖、白云石砖、高温硅酸盐钙板、抗结皮SiC浇注料等，以满足新型干法生产和环保的需求。

1硅铝质砖

(1)粘土砖

又称粘土质隔热砖，由耐火粘土制成，氧化铝含量在30％一48％的硅酸铝质耐火制品，是最普通的耐火材料。

粘土砖的特点是：耐磨性好，导热系数小，热胀冷缩性小，因此热震稳定性好，但耐高温耐化学侵蚀性差，一般使用在回转窑的干燥带、预热带、分解带及冷却机内。近年来，许多国家研制了特种粘土砖，以使其保持抗碱侵蚀的前提下，提高其耐火度。

(2)高铝砖

高铝砖为氧化铝含量在48％以上的硅酸铝质耐火材料，通常分为三类：

一级高铝砖：A12O3含量＞75％；

二级高铝砖：A12O3含量60％一75％；

三级高铝砖：A12O3含量48％一60％。

随着氧化铝含量的增加，高铝砖中的主要晶相莫来石和刚玉的数量增加，玻璃相相应减少，制品的耐火性则随之提高。

高铝砖与粘土砖相比，耐火度高，荷重软化温度高，抗剥落性、导热性、机械强度、抗化学侵蚀性都比较好，可用于回转窑过渡带后部、冷却带及冷却机内。近年来，许多国家研制了刚玉砖、耐热震高铝砖及高强高铝砖等新品种，主要在于降低显气孔率，提高抗液相侵蚀、碱盐侵蚀和耐磨蚀能力。

①磷酸盐结合高铝砖和磷酸铝结合高铝质耐磨砖

磷酸盐结合高铝砖(简称磷酸盐砖，牌号为P)，是以浓度42.5％一50％的磷酸溶液作为结合剂，集料采用回转窑1600℃以上煅烧的矾土熟料。在使用过程中，磷酸与砖面烧矾土细粉和耐火黏土相反应，最终形成以方石英型正磷酸铝为主的结合剂。

磷酸铝结合高铝质耐磨砖(简称耐磨砖，牌号为PA)是以工业磷酸、工业氢氧化铝配成磷酸铝溶液作为结合剂，其摩尔比为A12O3：P2O5=1：3.2，采用的集料与磷酸盐砖相同。在砖的使用过程中，同磷酸盐砖一样形成方石英型正磷酸铝为主的结合剂。

两种耐火砖虽然都是使用相同集料，机压成型，经500℃左右热处理所得的化学结合耐火制品，使用中最终形成的结合剂也是一样。但是，由于其制作工艺不尽相同，而显示了各具特色的性能。例如，磷酸盐砖的集料颗粒组成中，采用了相当多的5—10mm的烧矾土，砖的显气孔率较大，经同样温度处理后，砖的弹性模量较耐磨砖低得多，热震稳定性良好。而耐磨砖采用的矾土集料颗粒＜5mm，并直接采用磷酸铝溶液作为成型结合剂，压制也较密实，所以显示出更高的强度和耐磨性能，但热震稳定性则较差。因此，磷酸盐砖适合于回转窑的过渡带、冷却带。耐磨砖主要用于窑口及冷却机。

②抗剥落高铝砖

抗剥落高铝砖是由高铝矾土熟料和锆英石为原料，按一定配比，加压成型，经1500℃煅烧而成。少量ZrO2的引入，在高铝砖内ZO2呈单斜与四方型之间的相变，导致微裂纹的存在，改善了高铝砖的热震稳定性，因此抗剥落高铝砖具有良好的抗热震稳定性能，还有低导热，高荷软、耐碱的性能。

③化学结合高铝砖

化学结合高铝砖主要原料为高铝矾土熟料，选人多种添加物，加压成型，再经干燥、热处理即成。化学结合高铝砖的特性为强度高、荷软高和抗热震稳定性好。

2 耐碱砖

在预热器窑、窑外分解窑和立波尔窑生产水泥熟料时，由于原料和燃料中钾、钠、氯、硫生成碱的硫酸盐和氯化物等组分的挥发凝聚，反复循环，导致在窑料中这些组分的富集，使预热器内的窑料和窑气中R2O、A12O3和Cl^－含量大增，对普通粘土砖、高铝砖侵蚀严重。碱化合物的侵蚀，形成膨胀性钾霞石、白榴石等，使粘土砖、高铝砖破裂损坏，所以在预热器等碱侵蚀严重部位必须采用耐碱砖。耐碱砖中A12O3的含量，必须严格控制在30％左右。大型水泥窑窑筒的人料区段，表面散热损失大，而且对衬砖的要求具有良好的耐碱性，故采用耐碱隔热砖。耐碱隔热砖是利用半硅质原料，以化学结合不烧工艺生产而得，它具有高强、隔热效果好和抗碱侵蚀能力强的特性。

耐碱粘土砖由于在水泥窑中用于不同部位，各个部位要求不同的理化性能，因此，它分为普通型、高强型、拱顶型和隔热型四种。

3碳化硅砖

碳化硅质制品是以碳化硅(SiC)为主要原料，加入不同的结合剂制得的耐火材料。碳化硅的高温强度大，导热率高，热膨胀系数小，热震稳定性好，还具有极好的耐磨性和耐蚀性，是非常好的窑炉材料。

4碱性砖

水泥回转窑所用的碱性砖品种有普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖、化学结合不烧镁砖、尖晶石镁砖、白云石砖、镁锆砖等。碱性砖主要用于水泥回转窑烧成带、过渡带，具有较高的荷重软化温度，在高温下体积比较稳定；又由于它的化学性质呈碱性，所以抗水泥熟料的侵蚀能力较强。其缺点是对温度的急变比较敏感，抗热震稳定性较差，但水泥窑烧成带在正常情况下均挂有200—300mm厚的窑皮，起保护作用，只要保持着窑皮，就能弥补碱性砖抗热震稳定性差的弱点。因此，碱性砖是一种较为合适的水泥回转窑烧成带窑衬材料。

(1)普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖、直接结合镁铬砖

在烧成带，窑衬要受热应力、机械应力、化学侵蚀三个条件的破坏，因此该带的窑衬要求比较严格。镁铬砖具有耐火度高、抗碱性化学侵蚀性好等优点，在水泥窑烧成带等部位广泛使用。

普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖、直接结合镁铬砖三种砖的原料均为菱镁矿石和铬铁矿，将它们按适当比例配制成配合料，经过压制干燥后，在高温下煅烧而成。镁铬砖含MgO 55％一80%，当Cr2O3含量≥8％称镁铬砖，当Cr2O3含量≥20％称铬镁砖。

普通镁铬砖烧成温度为1550℃，直接结合镁铬砖烧成温度为1700℃，半直接结合镁铬砖的烧成温度在二者之间。三种砖的结合形式也不同，普通镁铬砖以硅酸盐为结合相，硅酸盐基质恰是碱性砖中熔点最低而最易受侵蚀的部分。直接结合镁铬砖是方镁石之间、方镁石与尖晶石之间固相反应，颗粒与颗粒之间直接结合，生产的关键一是要高纯原料，二是要求高压成型，三是要求高温煅烧。半直接结合镁铬砖既有直接结合，又有硅酸盐结合。

普通镁铬砖对碱性渣的抵抗能力强，荷重软化点高，高温下体积稳定性好，在1500℃时的重烧线收缩小，是20世纪70年代的早期产品，一般使用在普通回转窑的烧成带。

在大型窑内，窑温在1700℃以上，普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖已难以适应，直接结合镁铬砖就是为适应水泥生产大型化而发展起来的一种优质镁铬质耐火材料。直接结合镁铬砖的直接结合率高，大大改善了砖体的高温性能。

(2)化学结合不烧镁铬砖

化学结合不烧镁铬砖，不需高温烧结，而是采用化学结合剂，只需经150—250℃烘烤即可。结合剂一般采用聚磷酸钠(六偏磷酸钠)或水玻璃。化学结合不烧镁铬砖的特点是常温强度及1450℃下抗压强度均较高；荷重软化温度，一般0.6％变形开始点波动于1500—1690℃，4％变形点在1700℃；热震稳定性较普通镁铬砖好，耐水泥熟料侵蚀性亦较好。其缺点是该品种砖未经高温煅烧，镁砂中氧化镁颗粒和粉料易水化，所以此砖保存期较短。

该产品为20世纪70年代研制，曾在小型回转窑使用，在大、中型新型干法窑上没有使用。

(3)尖晶石镁砖

尖晶石镁砖又称镁铝尖晶石砖，这种产品出现较早，但早期产品因对热应力敏感性强，抗盐侵蚀能力不足，以及挂窑皮性能差等缺点，一直未能在水泥窑上大量应用。

20世纪80年代以后，由于铬公害以及燃煤燃烧和原料性能的影响，出现了以反应尖晶石砂和镁砂为基本原料制成的砖，由于具有比镁铬砖优良的热机械性能和抗热化学侵蚀能力，以及具有无铬化的特点，从20世纪80年代起，在预分解窑的过渡带上逐步取代镁铬砖。

尖晶石镁砖的原料为尖晶石砂和优质镁砂，尖晶石砂以菱镁矿石、苦土粉和工业氧化铝为原料，加压成球，经1900℃以上回转窑、竖窑烧成或2200℃左右的电弧炉内熔融而成。将其原料按一定配比，经高温煅烧，即成尖晶石砖。尖晶石中氧化铝含量在10％一20％。

从20世纪90年代起，为适应不同的工况，出现了不同性能的尖晶石砖，如增加粗颗粒级配，进一步提高抗化学侵蚀，适应于燃烧工业废渣的尖晶石砖；为解决尖晶石砖不易结窑皮、导热系数高的特点，适当提高Fe2O3的含量，降低显气孔率，易于粘附窑皮的尖晶石镁砖；为进一步提高抗化学侵蚀和抗机械应力，降低Fe2O3含量的新品种尖晶石镁砖等，从而逐步扩大使用范围。

尖晶石砖的特性：

①抗热震稳定性好

尖晶石砖的主要矿物是镁铝尖晶石(Mg Al2O4)和方镁石(MgO)。由于它们在高温烧成下的热膨胀性不一致，造成尖晶石颗粒与方镁石基质之间产生有效分离，尖晶石颗粒被气孔所包裹，当砖受到应力和温度变化时，这些气孔起到吸收能量和阻止砖开裂作用。

②体积稳定性强

水泥回转窑窑尾废气的氧含量一般控制在2％一3％，使全窑保持氧化气氛。现在水泥窑基本上均采用煤粉作燃料，窑中经常会在局部地区出现不完全燃烧，存在过量的一氧化碳。由于氧含量的变化，镁铬砖中铁的组分就会发生氧化还原反应，伴随约20％体积收缩；反之，体积增大，如此反复循环，使砖体损坏。尖晶石砖中铁的含量极少，基本上不存在体积变化效应，因此它具有很强的体积稳定性。

③耐高温性能好

尖晶石砖中SiO2和Fe2O3杂质极少，所以熔点低的硅酸盐矿物和铁铝尖晶石、镁铁尖晶石很少。它的主矿物方镁石(MgO熔点2850℃)和镁铝尖晶石的高温性能较好。

④无铬公害和抗化学侵蚀能力强

尖晶石中无氧化铬，所以不会生成含6价铬的铬盐公害。尖晶石砖中主要是方镁石和镁铝尖晶石，硅酸盐相很小，所以它们同碱的反应很微弱，因此尖晶石砖具有很强的抗化学侵蚀性。

(4)白云石砖

20世纪70年代，西德、加拿大、美国等已将普通白云石砖广泛用于水泥窑烧成带。白云石砖的主要成分是方镁石(MgO)，其成分与生料的成分比较接近，所以这种砖的挂窑皮性能比较好，也不会与物料发生反应，具有高耐火性及体积安定性，但当窑皮发生掉落时，窑砖也可能会有一部分与窑皮一起掉落。由于白云石砂中氧化钙易于吸水，使砖体受潮，因此在存储、运输过程中必须采取相应措施加以保护。

20世纪90年代以来，白云石砖的性能有较大的改进，如加入1％一3％的ZrO2颗粒，适当降低显气孔率，以改善白云石砖抗热震稳定性差的缺点。为适应煅烧工业废料，出现了增加镁锆低气孔率的白云石砖，不仅保持较好的结窑皮性能，还具有较高的抗硫、氯等有害物侵蚀能力。

(5)镁锆砖

镁锆砖是20世纪70年代出现的，90年代才应用于预分解窑。工业废燃料的应用，增加了窑内有害物的富集，若燃料中含硫量较高且过渡带温度超过1500℃时，尖晶石砖易被熟料侵蚀，生成C12A7，或C4A3S，致使火砖致密剥落损坏。