下载文档原格式
耐火材料种类、性能及检测目前，工业上使用的耐火材料种类繁多，性能各异，涉及工业生产的各个领域。
生产水泥使用的耐火材料应满足水泥生产工艺的要求，本文针对水泥回转窑系统使用耐火材料的种类及性能，从耐火砖和耐火浇注料二个方面进行介绍。
第一节回转窑工艺特性对耐火材料的要求一、简介回转窑的工艺特性：1．窑温高，对耐火材料的损坏加剧，水泥熟料熔体中的C3A（铝酸三钙）、C4AF（铁铝酸四钙）等侵蚀程度加大，窑内过热导致热应力破坏加剧。
2．窑速快，单位产量加大，机械应力和疲劳破坏加大。
3．碱、氯、硫等组分侵蚀严重，硫酸盐和氯化物等挥发、凝聚、反复循环富集，加剧结构剥落损坏。
4．窑径大，窑皮的稳定性差。
5．窑系统结构复杂，机械电气设备故障增加，频繁开停窑导致热震破坏加剧。
二、预分解窑对耐火材料的要求1．常温力学强度和高温结构强度要高，窑内不管烧成状况的好坏，窑内温度在10000C以上，要求耐火砖荷重软化温度高。
2．热震稳定性要好，即抵抗窑温剧烈变化而不被破坏的能力好。
在停窑，开窑以及窑运转状态不稳定的情况下，窑内的温度变化较大，要求窑衬在温度剧烈变化的情况下，不能有龟裂或者剥落，要求在操作时尽量使窑温稳定。
3．抗化学侵蚀性要强，在窑内烧成时，所形成的灰分、熔渣、蒸气会对窑衬产生侵蚀。
4．耐磨及力学强度要高，窑内生料的滑动及气流中粉尘的磨擦，对窑衬造成磨损。
尤其是开窑的初期，窑内还没有窑皮保护时更是如此。
窑衬还要承受高温时的膨胀应力及窑筒体椭圆变形所造成的应力。
要求窑衬要有一定的力学强度。
5．窑衬具有良好的挂窑皮性能，窑皮挂在衬砖上，对衬砖有保护作用，如果衬砖具有良好的挂窑皮性能并且窑皮也能够维持较长时间，可以使窑衬不受侵蚀与磨损。
6．气孔率要低，如果气孔率高会造成腐蚀性的窑气渗透入衬砖中凝结，毁坏衬砖，特别是碱性气体。
7．热膨胀安定性能要好，窑筒体的热膨胀系数虽大于窑衬的热膨胀系数。
但是窑筒体温度一般都在280-450度左右，而窑衬砖的温度一般都在800度以上，在烧成带温度有1500度，窑衬的热膨胀比窑筒体要大，窑衬容易受压力造成剥落。
第32卷第2期武汉科技大学学报V ol.32,N o.22009年4月Journal of Wuh an U niversity of Science and T echnology Apr.2009 收稿日期:2008210210 作者简介:杨 斌(19842),男,武汉科技大学硕士生.E 2mail :yangbin850307@水泥窑用方镁石2铁铝尖晶石砖的性能研究杨 斌,顾华志,汪厚植,云 海(武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地,湖北武汉,430081)摘要:以电熔镁砂、铁粉、氧化铁粉和α2Al 2O 3粉为原料,制备方镁石2铁铝尖晶石砖,研究了烧结温度和铁加入量对方镁石2铁铝尖晶石砖性能的影响,采用XRD 和SEM 对试样的物相组成和显微结构进行了分析和表征。
结果表明,提高烧结温度有利于方镁石2铁铝尖晶石砖性能的提高,1500℃烧成的试样最致密,综合性能较好,增大铁加入量不利于方镁石2铁铝尖晶石砖性能的提高。
与直接结合镁铬砖相比,方镁石2铁铝尖晶石砖的常温耐压强度、抗折强度和热震稳定性较好,挂窑皮性和抗侵蚀性与其相近。
关键词:水泥窑;原位合成;方镁石2铁铝尖晶石砖中图分类号:TQ175.73 文献标志码:A 文章编号:167423644(2009)022******* 镁铬砖因其优良的抗侵蚀性能和挂窑皮性能被普遍用于水泥窑,但其生产和使用过程中产生的大量六价铬对环境造成了危害[1]。
为减轻对环境的危害,国内外同行都在致力于新产品的开发。
目前所开发出的产品有:镁尖晶石砖、白云石砖、镁锆砖和方镁石2铁铝尖晶石砖[2]。
通过对上述产品性能的研究以及在水泥回转窑上使用结果对比发现,方镁石2铁铝尖晶石砖的使用性能最好(尤其是挂窑皮性能)[3]。
用反应烧结法合成铁铝尖晶石,再与镁砂混合制砖[4],由于工艺复杂,能耗较高,应用受到了限制。
原位合成法省去了铁铝尖晶石的预合成过程,其工艺简单,利于节能降耗,但有关方面的研究报道很少。
提高水泥窑用耐火材料的几点策略◎陶贵华 范泳近年来，水泥生产的原、燃料的复杂化，特别是大量固体废弃物被用作原料、燃料，致使耐火材料所承受的热、机械应力和化学侵蚀大幅度增加，导致水泥窑用耐火衬里的使用周期缩短，耐火材料消耗增加，同时大大影响水泥生产企业的生产效益。
所以一些耐火材料工作者针对上述情况做出了大量的工作，研究出了一批新品种耐火材料，新的设计技术和施工技术，延长耐火材料的使用周期和降低耐火材料的消耗，取得明显的效果，现将应用较为广泛的耐火材料及有关技术要求介绍如下：1.碱性耐火材料①镁铬砖。
直接结合镁铬砖具有较高的抗高温性能、抗SiO 2侵蚀和抗氧化还原作用，同时具有较高的抗高温强度和抗机械应力，较好的挂窑皮性能，大量用在烧成带。
镁铬砖在水泥窑内使用时，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，在气体内铬化物含量超过10mg/m3，水溶液含铬量超过0.5mg/l时，将对人体产生极为严重的危害，从80年代中期起工业化国家纷纷制定一系列环保、卫生等方面的规范，对水泥窑的废气粉尘及镁铬砖的残砖和水泥厂排水进行全面监控，镁铬砖的使用受到一定的限制。
但镁铬砖优良的性能和低廉的价格，在世界上相当多的地区和国家仍在使用，进入90年代，性能更为优良的直接结合镁铬砖已用在工况条件较为苛刻的大型预分解窑上。
②尖晶石砖。
90年代出现的尖晶石砖，不但具有较强的挂窑皮能力，而且在抗碱、硫熔融物和熟料液相侵蚀，抗热震和窑体变形产生的机械应力，以及在抗热负荷等方面，具有一系列的优势，性能优于镁铬砖，已成为当今世界碱性砖技术发展的主流。
镁铝尖晶石砖，为改善镁铝尖晶石砖性能的主要技术措施：在下过渡带，采用大晶粒的高纯镁砂和氧化铁含量低的镁铝尖晶石，提高砖的抗化学侵蚀性能和抗氧化还原能力；在机械应力要求较大的地方，如轮带部位和上过渡带，提高砖的弹性系数，缓解因筒体变形对耐火砖的机械应力而造成的损坏程度。
在烧成带和上过渡带，对砖进行技术处理，让其易挂窑皮，同时具有耐火度高，弹性结构良好，抗热化学侵蚀性能好的优点。
浅谈新型干法水泥窑高温带用无铬砖一、无铬砖研制新型干法水泥窑高温带可分成烧成带和过渡带。
水泥窑高温带的窑衬经受最严重的热学、力学、化学破坏作用，全窑系统耐火材料总消耗量的60%～70%发生在高温带，是使用条件最苛刻的部位。
（一）新型镁铝尖晶石砖当前世界水泥工业发展的主流是工业废弃物被作为水泥窑的二次原燃料使用。
但同时也使水泥窑过渡带用耐火材料的应用环境急剧恶化，化学侵蚀加重，温度波动幅度增大，窑内气氛波动频繁，这些因素的变化会大大缩短高温带部位，尤其是过渡带用耐火砖的使用寿命。
（1）实验原料和制品性能新型镁铝尖晶石砖研制以高档烧结镁砂、烧结镁铝尖晶石为基本原料.并引入适量的含锆原料。
原料化学成分见表1。
将具有合理级配的混合料进行混练、压制、干燥和烧成后制得新型镁铝尖晶石砖，结合剂为纸浆废液。
新型镁铝尖晶石砖的常规性能优于建材行业镁铬砖性能标准，且与国内外产品性能相当。
（2）抗水泥熟料侵蚀性能检测方法新型镁铝尖晶石砖的抗水泥熟料侵蚀实验采用静态坩埚法测定：将待测试样制成坩埚，装入水泥生料，置于炉内加热至1600℃，保温5小时，冷却后切开试样，观察被侵蚀情况及测量被侵蚀面积，以此判定抗侵蚀性能好坏。
实验结果发现加入含锆原料后，镁铝尖晶石砖的渗透深度和被侵蚀面积变小，这说明加入适量的含锆原料能提高镁铝尖晶石砖的抗水泥熟料侵蚀性能，原因可能是砖中添加含锆原料后，其中的ZrO2可以吸收水泥熟料中的CaO，减轻富CaO水泥熟料液相对MgO·Al203的侵蚀程度，同时生成高熔点CaO·ZrO2会产生适宜的体积膨胀，提高了材料的致密度，即可减小低熔物的渗透深度。
（二）方镁石尖晶石砖由于新型干法技术在水泥工业的推广应用，耐火材料的使用环境也越来越苛刻。
新型干法窑内碱、硫、氯的富集更加剧了耐火材料的侵蚀。
特别是替代性燃料在大型水泥窑上的使用，加速了耐火材料的损坏过程。
研究人员通过实验室探索，确定采用尖晶石改性的技术路线，以高纯电熔镁砂、烧结镁砂、合成尖晶石砂为主要原料，通过加入特殊添加剂，调整制品中的Al2O3、ZrO2、Fe2O3、CaO 比例，改善方镁石尖晶石砖耐水泥熟料侵蚀性能及粘挂窑皮性能，对其热震稳定性，高温和重软化温度进行优化。
下面介绍下大型干法水泥回转窑各部位用耐火材料有哪些。
1、窑口随着大型干法回转窑技术上不断发展和完善，熟料日生产规模的不断扩大，其设备运行工作条件出现新的特点，对耐火浇注料尤其是窑口浇注料提出了更高的要求，窑口窑衬是大型回转窑中最薄弱窑衬之一。
在大型干法窑生产中，回转窑窑口处窑气温度可高达1400℃左右，离窑熟料温度高达1400℃，人窑二次风温度达1200℃，窑口几乎是完全裸露在1700℃高温火焰的辐射之下和约1400℃高温的颗粒较大、强度很高的熟料的磨损和冲刷下。
工作条件十分苛刻，窑口衬料的使用周期严重制约了全窑的使用寿命。
窑口易变形造成的频繁掉砖、二次风温度的大幅度提高、窑体的斜度加大和转速的加快、窑口没有稳定的窑皮，使得窑口窑衬必须能承受熟料的磨损、高温气流的冲刷及物料的碱蚀。
另外，还要经受故障停窑及急冷急热的冲击。
事实上，国内回转窑由于诸多的原因，停窑频繁，造成窑口耐火材料遭受更多的热震。
有关统计表明，80％以上的停窑是由于局部耐火材料的蚀损造成的。
针对窑口薄弱的特性多采用具有优越抗热震性能、抗冲击性能和耐磨性能的浇注料。
使用时，在窑体焊上锚固件，用刚玉质或高铝质钢纤维增强浇注料整体浇注窑口，采用高性能窑口专用耐火浇注料或改进型窑口专用耐火浇注料，就可以对上述的破坏作用起到有效防御，从而使窑口耐火材料的使用周期达到与窑内烧成带同步的效果。
2、下过渡带下过渡带也称之为前过渡带。
预分解生产线回转窑的前过渡带非常短，在采用了三风道或四风道喷煤管后，通常仅为1D(1D为窑径)，也有的就将窑口笼统的罗列在一起。
前过渡带由于温度稍低于烧成带，窑皮的坚固程度不如烧成带。
在这一区间内，有颗粒状熟料的强烈冲刷，由于温度波动幅度远远超出其他区段，炽热的熟料球与来自篦式冷却机的冷风(约1100～1200℃)换热，带着25％～30％液相量的熟料球在这里硬化，相互黏附形成窑皮，在该带完成大约400～500℃的换热温差，而且是熟料球和窑皮对篦式冷却机二次风的换热，热应力很大，加之熟料球和烧成带脱落窑皮的冲、撞、砸、磨作用，下过渡带的窑皮极不稳定，其工作条件最为恶劣。
第28卷第6期 硅 酸 盐 通 报 Vol .28 No .6 2009年12月 BULLETI N OF THE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY Dece mber,2009 氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备张君博1,2,肖国庆2,刘兴平1,范咏莲1,刘 斌1,张正富1(1.中冶集团建筑研究总院耐火材料研究所,北京 100088;2.西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安 710055)摘要:以铁铝尖晶石和镁砂为原料,采用烧结法制备了氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。
检测了各烧后试样的体积密度、显气孔率和常温耐压强度,利用应力应变法检测了烧后试样的弹性模量,利用X 射线衍射(XRD )检测了烧后试样的物相组成,采用扫描电子显微镜(SE M )观察和分析了烧后试样的显微结构。
研究结果表明:1600℃时各试样体积密度最大,显气孔率最小,试样达到了烧结;镁砖中加入铁铝尖晶石会引起材料常温强度降低,铁铝尖晶石加入量在3%～4%为宜;铁铝尖晶石以颗粒形式加入的试样的弹性模量比以细粉形式加入的试样要大,所以铁铝尖晶石以颗粒形式加入的试样的抗热震性相对较好;热力学计算表明:当加热温度高于182℃时,Mg O 与Fe A l 2O 4开始反应生成Mg A l 2O 4;从显微结构照片也可以看出,Mg O 与Fe A l 2O 4中的FeO 发生互扩散,Fe O 扩散进镁砂颗粒中,M g O 扩散进铁铝尖晶石内部,与A l 2O 3反应生成Mg A l 2O 4,在镁砂颗粒周围形成Mg A l 2O 4环,并伴有微裂纹产生。
关键词:镁铁铝尖晶石耐火材料;弹性模量;抗热震性中图分类号:Q175 文献标识码:A 文章编号:100121625(2009)0621143206Prepara ti on of M agnesi a 2hercyn ite Refractor i esZHAN G Jun 2bo 1,2,X I AO Guo 2qing 2,L I U X ing 2ping 1,FAN Yong 2lian 1,L I U B in 1,ZHAN G Zheng 2fu1作者简介:张君博(19832),男,硕士.主要从事水泥回转窑及炼铁系统用耐火材料的研究及应用。
水泥窑用碱性耐火材料的要求及使用--------------------------------------------------------------------------------作者：网摘20世纪70年代中期，我国水泥窑用耐火材料主要是铝硅质耐火材料，如高铝砖、黏土砖及水泥砖等。
镁铬砖仅在少数水泥窑上使用，而且这种镁铬砖是适用于冶金平炉上，其性能和规格尺寸对水泥窑均不适宜。
20世纪70年代后期，我国出现了新型干法水泥窑，对窑衬材料提出了更高的要求。
为了适应水泥工业的变化与发展，经过数十年的科研、设计及开发应用，使我国水泥窑用耐火材料水平有了显著的变化和提高。
在品种和性能上均达到了国际先进水平，但不足之处是耐火砖外观尺寸及质量稳定性还有一定的差距。
当前，水泥行业主要的耐火材料是碱性耐火材料、不定形耐火材料和隔热耐火材料。
因篇幅有限，本文仅就碱性耐火材料的要求及使用情况加以阐述。
1.新型干法水泥窑用耐火材料大型SP窑和PC窑的窑筒内，直接结合镁铬砖用于烧成带，尖晶石砖或易挂窑皮且热震稳定性能较好的镁铬砖用于过渡带，高铝砖用于分解带，隔热型耐碱黏土砖或普通型黏土砖用于窑筒后部，耐火浇注料或适用的耐火砖用于前后窑口；在预热系统内，普通型耐碱黏土砖及耐碱浇注料用于拱顶，高强型耐碱黏土砖用于3次风管，并配用大量的耐火浇注料、系列隔热砖和系列硅酸钙板。
在窑门罩和冷却机系统内，除选用上述材料外，还配用碳化硅砖和碳化硅复合砖，系列隔热砖、系列耐火浇注料、系列硅酸钙板和耐火纤维材料等七大类30余种耐火材料。
在日产2000吨水泥窑上，耐火砖建设用量达1600吨以上，正常生产时年消耗用量达400吨以上。
2.预分解窑对耐火材料的要求统水泥回转窑的转速慢，预分解窑的转速是传统水泥窑的3～4倍，高温高转速和大直径，使预分传解窑窑体、窑衬所承受的热应力要比传统水泥窑大很多。
经预热器、增湿塔、电收尘的多次搜集，预分解窑中的K2O、SO2、KCl等组分挥发后难于溢出窑系统以外。
新型干法水泥生产线耐材配置耐火材料手册1. 水泥预分解线的窑炉系统1.1 水泥预分解生产线窑炉耐火材料的选择，除了使用价格外，通常应考虑：较长的使用寿命。
影响使用寿命的因素有：耐火材料的耐火度，高温强度，耐火材料与水泥熟料的化学成分适应性，也就是耐火材料的抗化学侵蚀能力，热震稳定性与煅烧的高温熟料的反应结合能力等；耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性较好的保温效果。
影响因素有：保温材料的导热系数，保温材料所允许的工作温度，容许保温材料占据的空间等；较简易的砌筑方式和较快的砌筑速度;维修速度；通用性较好，可以从市场上较方便的获得。
1.2 预热器及预分解窑炉1.2.1 预热器和预分解炉热工制度有如下特点：预热器与预分解窑炉的温度（主要指设置在设备壁面的热偶测试出的温度），从第一级预热器到第五级预热器和预分解窑炉依次为：不高于450℃、650℃、750℃、900℃、1100℃和1100 ℃。
在这样的煅烧温度下，煅烧物料基本没有液相出现，基本上不存在结块和烧结。
加之系统的热工状态比较稳定，因而预热器和分解炉中的耐火材料的配置不需过高的耐火度，无需太高的强度；由于预热器和分解炉位于整个热气流的尾端，温度变化的频度和幅度较小，因此无需过高的热震稳定性。
由于预热器和分解炉均为静止设备，可用较大的设备外壳，容纳较多的耐火材料，因此可选用导热系数较低的保温材料，降低设备外壳温度，达到节能的目的。
由于部分预热器和分解炉形状较复杂，可选用在成型功能上较灵活的现场成型的耐火浇筑料。
在800℃～1200℃范围内是碱金属氧化物发生冷凝沉积的温度带，因此在碱含量较高的原、燃材料下，预热器在很大范围内，耐火材料在受到热侵蚀的同时，也要经受得住碱金属氧化物的化学侵蚀。
1.2.2 预热器分解炉对耐火材料的要求结构按两层材料配置，外层为导热系数低，强度也较低的保温材料，工作面为有一定强度且能够较好抵抗碱性物质侵蚀的耐火材料。
标准与质量Standard&Quality1 水泥中水溶性六价铬的危害及来源水溶性铬，一般指铬酸盐或重铬酸盐，以3+和6+两种价态存在，其中六价铬毒性较强，一旦土壤或地下水受到铬污染，将造成土壤不能耕作，地下水无法饮用的严重后果。
如果不采取专门的治理措施，这种污染几十年无法消除，对生态的破坏长期无法恢复。
由于六价铬能透过细胞膜，具有强氧化作用，严重损伤人体的消化道、呼吸道、皮肤和粘膜，对健康危害非常大。
从一些新闻报道方面看到我国铬渣的无序堆放以及对环境的污染是触目惊心见图1。
从2005年起，水泥中水溶性六价铬标准起草小组对目前我国水泥产品中的水溶性六价铬的主要来源进行了调研。
通过两年多的取样检测，基本确定来源如下：①水泥原料如泥灰岩或石灰石、黏土、铁矿等常含有微量铬；②原料的破碎、生料及水泥的粉磨研磨体均可由于含铬破碎、研磨介质的磨损而引人水泥中；③水泥回转窑高温带使用含铬耐火砖，在回转窑的高温及出口处由于风压高及炉料高碱度等条件的影响，使铬氧化，致使水泥熟料含有水溶性六价铬；④含铬废弃物作为替代燃料或原料的利用也是其中原因之一。
2 国外对水泥中水溶性六价铬的控制上个世纪中叶前后，在欧洲许多国家的一些建筑业工人，由于经常用手直接接触水泥或其拌合物，一度患上职业病——皮肤湿疹，即所谓“水泥湿疹”当时由于不了解真相，一直认为这是水泥的高碱性腐蚀皮肤所致。
直到20世纪70年代后，欧洲各国对水泥湿疹的发病原因及防治进行了研究，问题才得以澄清。
1972年的统计结果显示，欧洲水泥中含有的水溶性六价铬一般在1~40mg/kg的范围之内。
通过实验证明，水泥加水搅拌后，其中含有的水溶性六价铬迅速溶出，此时使用处于塑性阶段的新拌和水泥浆体、砂浆或混凝土，如不采用合理的劳动保护措施，对于敏感人群就会导致皮肤过敏，以至于形成难以治愈的水泥过敏性接触湿疹，通常表现为疼痛、溃烂，严重时甚至会导致失去劳动能力。
丹麦在1983年对水泥中水溶性六价铬不超过2ppm作了限定。
3.4.4 镁铁铝尖晶石材料的理化指标以电熔镁砂、高纯烧结镁砂、氧化铝微粉以及合成出的Hercynite 尖晶石按照颗粒级配混合，在全自动液压机上成型，经1650℃以上的高温烧成后，进行理化指标检测，如表3。
表3 MgO-Hercynite材料的理化指标※导热系数是在同等条件下进行对比测试。
※※筒体温度为国内某水泥公司提供。
对水泥回转窑烧成带材料来讲，良好的挂窑皮性能和较低的导热率是非常关键的。
镁铁铝尖晶石砖中含有铁和铝的氧化物，很容易与水泥熟料反应形成C4AF（铁铝酸四钙）；而C4AF即为性能很好的窑皮结合相。
用于烧成带的耐火材料的导热率高，则导致该段带的筒体温度过高，回转窑窑体易于扭曲、变形，进而影响生产。
为降低材料的导热率，通过控制复相尖晶石的结晶形态、成分以及合成中的反应气氛等，使基于该尖晶石的镁铁铝尖晶石砖的导热率却大幅度降低，这对于基于氧化镁的镁质材料来讲是非常难以做到的，这也是该材料最突出的优点。
由表2可以看出，新研制的镁铁铝尖晶石砖的导热率仅为3.463 w/m.k（350℃），比国外同类产品（4.583 w/m.k）降低很大。
经多家水泥厂家使用反馈和现场扫描，基于该镁铁铝尖晶石砖的回转窑的筒体温度降低明显、节能显著。
3.5在国内外回转窑上的应用2009年8月在拉法基公司北京兴发水泥厂的回转窑烧成带上砌筑了新研制的镁铁铝尖晶石砖，平稳运行9个多月仍然很好，后因整体大修而被更换掉；从运行情况看，该砖挂窑皮性非常出色，筒体温度正常。
2009年10月鲁中水泥公司在5000吨/日（实际日产5800吨）生产线上砌筑了镁铁铝尖晶石砖。
截止到2010年12月10日已经稳定运行了14个月（整个使用过程中停窑7次），并于2010年11月10日测定筒体温度为250℃；根据工厂预计，还可继续应用4个月以上。
与镁铁铝砖同砌在烧成带的镁铬砖已经更换了三次。
镁铬砖在正常使用时的寿命在8-10个月，若停窑操作频繁，则寿命可能仅一两个月。
二次精炼用镁—尖晶石砖的开发
崔学正
【期刊名称】《国外耐火材料》
【年(卷),期】1998(023)009
【摘要】研究了二次精炼炉用的镁－尖晶石质砖，以替代镁铬砖。
开发出的方镁石和尖晶石直接结合发达的砖，取得了与以往镁铬砖相同的耐用性，在ＲＨ浸渍管上的实际试验结果也是良好的。
【总页数】4页(P41-44)
【作者】崔学正
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TF748.05
【相关文献】
1.中档镁铝尖晶石砖和中档镁铝铬砖在平炉炉顶上的使用 [J], 吴峰
2.钢包二次精炼用氧化镁—尖晶石—碳砖的开发 [J], 范振纯
3.三种渣对危废焚烧回转窑用镁尖晶石砖和铬刚玉砖的侵蚀试验 [J], 孙红刚;李红霞;杜一昊;王文武;王刚
4.二次精炼炉用无铬镁-尖晶石砖的开发 [J], 李存弼
5.不同组成的铝镁尖晶石对刚玉-尖晶石透气砖抗渣性的影响 [J], 赵瑞
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
3500 水泥 耐火砖 2 0
熟料
单位熟料消耗量
1 75
3000 1 59
年 2500 1 35 1 5 熟料 1 40 1 45 2970
/
kg/t 2435
百万吨
2000
1 34
1 13
2330 ， 1705
0 80
72 单位
熟料消耗量
丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈
丈丈丈无丈铬丈碱 丈性 耐丈火丈砖丈丈丈
丈丈丈丈丈——丈镁亚丈铁、铝丈尖晶丈石砖丈丈
丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈
水泥预分解窑熟料在生产过程 中，窑内耐火砖产生的热、热机械、热 化学应力易使火砖损坏。
延长耐火 砖的使用寿命，有利于减少砖耗，更 重 要 的 是 可 以 增 加 窑 的 运 转 率 、产 量、热效率，降低能耗和有害物排放。
随着预分解窑技术的发展和规 格的增大，上述应力相应增加。
提高 耐火
砖产品质量，延长使用寿命，一
直是水泥和耐火材料行业关注的焦 点。
随着耐火砖质量和性能的提高， 窑 的 砖 耗 逐 年 下 降 ，1970 年 至 2010 年，单位吨熟料砖耗从 1.2kg 下降至 0.72k g （图 1）。
1 镁铬砖的应用
上世纪中叶，天然镁砂制成的直 接结合镁铬砖脆性大，易使砖产生碎 裂，仅用于钢铁行业。
60 年代，开始
采 用 优 质 镁 砂 ，同 时 选 用 优 质 铬 矿 石，通过特殊煅烧生产的直接结合镁 铬砖具有优良的弹性和热塑应力松 驰、挂窑皮性能和抗热震性能，以及 较好的抗化学侵蚀性能，用于各种回 转窑的烧成带和碱盐侵蚀较低的回 转窑过渡带，逐渐发展成为水泥窑用 碱性砖的主要产品。
仅以国外某耐 火材料制造企业生产的某一品牌的 镁铬砖为例，从 1967 年至今，总产量 超过 200 万吨（>2 亿块）。
镁铬砖内含有铬，在水泥窑熟料 煅烧过程中，窑料和熟料中的碱（或 硫）与砖内稳定的 3 价铬作用生成氧 化能力极强的 6 价铬，这些铬盐极易 溶于水中，生成的溶液对人体产生危 害，从环保的要求来看，必须开发无 铬的碱性耐火砖。
2 无铬碱性耐火砖
多年来，耐火材料生产企业一直 从事镁铬砖内铬减量化工作，从含铬 量>8%下降至 4%以内，另一方面开 展无铬碱性砖的研究，也就是优化无
铬的镁铝尖晶石、白云石、镁白云石、 镁铁尖晶石、镁锆砖等无铬碱性砖， 取得了不同程度进展。
迄今为止，很 难有一种碱性砖在性能和价格上全 面取代镁铬砖，人们一直在寻找和优 化无铬碱性耐火砖，使之全面取代性 能优良且价格相对便宜的镁铬砖。
近年来，一种采用合成亚铁尖晶 石作为弹性剂与含有氧化铁的烧结 氧化镁作为原料，通过特殊的煅烧所
. . . .
. .
.
图 1 镁铬砖的年消耗量和砖耗
表 1 铬矿石、镁铝尖晶石、亚铁尖晶石的化学成分，% 2013/5 水泥技术 107
化学成分 铬矿石 镁铝尖晶石
亚铁尖晶石 SiO 2
0.5~2 <0.5
<2.0
Al 2O 3 10~25 67 35~60 Fe 2O 3 14~28 <0.5 20~30 Cr 2O 3 30~48 — — MgO 12~20 32 20~50 CaO
<0.8
<0.5
<0.5
. . . . . . . .
图 2 镁亚铁、铝尖晶石耐火砖粘挂窑皮状况
1 4 1
2 1 0
相关性能 0 8
0 6 0 4 0 2
CCS 孔隙度 SSI 透气性
PERILEX80 镁铬砖
PERILEXCF 镁、亚铁、铝尖晶石砖
制成的镁铁（亚铁）铝无铬耐火砖的性能引起人们关注，
作为弹性剂的铬矿石、镁铝尖晶石、亚铁尖晶石的化学 成分见表 1。
2.1 化学性能 亚铁尖晶石作为弹性剂所制造的耐火
砖、在 MgO-
Al 2O 3-Fe 2O 3 系统内的亚铁尖晶石的化学成分与镁铝尖 晶石差别较大，而与铬矿石成分接近，在耐火砖生产过 程中，Al 2O 3 和 MgO 或 FeO/Fe 2O 3 较易取代 Cr 2O 3，因而所 制成的耐火砖不含 Cr 2O 3。
熔融氧化镁和氧化铁、铁尖晶石与周边物质反应， 局部形成不均匀的孔隙和微细结构，相应降低了铁尖晶 石抗熟料熔体的侵蚀，而亚铁尖晶石与镁铝尖晶石相 似，却不与周边物质反应，因而抗熟料熔体侵蚀。
镁铬砖内铬矿石易与窑料和窑气内碱化合物作用， 生 成 脆 性 的 铬 碱 化 合 物 。
按 照 碱 坩 埚 试 验 对 比 ，在 1350℃工况下，以碳酸钾溶液作试验，其结果是铬矿石
与碳酸钾生成铬酸盐，在坩埚底部发现大量痕迹，而亚 铁尖晶石不与碳酸钾作用。
由亚铁尖晶石与含有氧化
铁的烧结氧化镁制造的
无铬耐火砖内存在的亚铁尖晶石、镁铁尖晶石和 C 2S 等 易与窑料作用，生成粘性高的铁酸钙和铝酸钙化合物， 提高了挂窑皮性能，超过了尖晶石和镁铬砖（图 2）。
2.2 物理性能 粗颗粒晶体和亚铁尖晶石、尖晶石组成
并通过特殊
煅烧技术生产的镁亚铁铝尖晶石砖，具有优良的弹性和 抗热震性能，蠕变应力减少，与镁铬砖相比具有较好的 热机械性能（图 3）。
在合适的耐火度下，耐压强度高约 20%。
孔隙率仅为 13%~15%，较镁铬砖低约 3%~4%，在不 影响其他性能的前提下，抗熔体渗透增加约 25%。
应力
敏感指数 SSI 较镁铬砖稍低，SSI 指耐火砖所承 受的热膨胀应力和椭圆度应力之和减去耐火砖自身的 冷压强度，即
SSI =σWD +σD -CCS
式中： SSI ——应力敏感指数，
MPa σWD ——热膨胀应力，MPa σD ——椭圆度应力，MPa CCS ——冷压强度，MPa 公式可转化为：
（1）
D max × T o
SSI = E +K E -CCS
（2）
d z d 100% 1450℃ 式中：
D max ——在荷重软化测试中达到的最大膨胀量，% T o ——最大膨胀温度，℃
E d ——动力
弹性模量,MPa K z ——允许的椭圆度系数，0.67×10-3
从式（2）来看，应力敏感指数几乎与耐火砖的所有 物理性能均有关，即高温下的耐火砖热膨胀、椭圆度应 力及砖的强度等。
实践证实，SSI 值越小，耐火砖的物理 性能越优。
由于亚铁尖晶石砖具有优良的微细结构，其热塑性 应力松驰值低于镁铬砖。
热塑性松驰是指在确定的时 间内（一般为 25h ），正常的压力和正常的温度下，耐火砖 蠕变值越小，抗热机械应力越优。
上述情况表明，氧化镁和亚铁尖晶石制成的无铬碱 性砖具有优良的热机械、热化学性能，适用于常温工况 下和热机械应力较高的大型预分解窑的烧成带、上过渡 带和碱负荷重的烧成带，能否大量应用视情况确定。
（陈友德编译自
No.5/2013 Z.K.G.International ）
. . . .
. . . 图 3 镁、亚铁、铝尖晶石耐火砖与镁铬砖物理性能比较
CEMENT TECHNOLOGY 5/2013
108。
