低碳化硅浇注料

2018.1.31

长时期以来,人们普遍认为耐火浇注料内SiC的含量越高,抗碱结皮性能越强,其对应关系大体情况见表4-49
表4-49 SiC含量与抗结皮性的大体对应关系

SiC含量/% 抗结皮性 SiC含量/% 抗结皮性
0-15 四级 25-40 二级
15-25 三级 ≥40 一级

按照上述要求,烧成系统温度较高且碱等有害元素侵蚀以及熟料磨蚀较重的部位,如篦冷机进料口,所配置的SiC含量高达60%-70%,在生产过程中,除了具备耐磨蚀的优点外,还存在着价格过高和热导率过大等缺陷,此外还发现SiC的含量与抗碱性并不呈线性关系。如何保持较强的抗碱性而尽量降低SiC的含量成为耐火材料公司研究的课题。通过研究,发现耐火浇注料和耐火砖相比,具有如下荣盛耐材点:荣盛耐材先是孔隙率较高,养护烘干及生产使用后,孔隙率增荣盛耐材18%-25%。另一个荣盛耐材点是孔隙尺寸小,低水泥耐火浇注料的孔隙为0.5-1.5um,而耐火砖的孔隙尺寸为上述数据的3-5倍。也就是说,低水泥SiC耐火浇注料具有孔隙率高和孔隙尺寸小的荣盛耐材点。
分析SiC耐火浇注料抗结皮的主要效应是耐火浇注料内的SiC,在高温的状况下,SiC氧化和水蒸气作用,产生SiO2的抗碱结皮,其反应方程式为:
2SiC+3O2→2SiO2+2CO                           (4-21)
SiC+2H2O→SiO+CO+2H2                           (4-22)
反应产生的CO、H2经微细的孔隙逸出,其过程如图4-32所示。所生成的SiO2,若遇到碱性元素K+、Na+与之作用,加快此氧化过程,在此过程中,氧化速率增加10倍以上。
SiO2可将结皮物质硫灰硅钙石中的成分破坏,使其生成C2S,与易结皮的硫灰硅钙石作用,生成K2SO4阻碍了结皮。
砖内的SiC含量越高,则耐火浇注料衬体表面的黏性层越黏,阻止了气体从微细孔径逸出,减缓了抗碱的SiO2的生成,并不有利于抗碱侵蚀。
上述情况表明,SiC含量并不是越高越抗结皮,水泥熟料生产过程中,在满足各部位抗结皮需求的前提下尽量降低SiC的含量。
国外的研究单位为减少SiC的含量,对SiC≤7%和SiC≥30%含量的耐火浇注料在不同含量的Cl2、SO3及不同温度下进行测试,其结果大致为:SiC≤7%和SiC≥30%两种耐火浇注料在1200℃的高温条件下,均具有较好的抗结皮性能,SiC≤7%较SiC≥30%抗Cl2结皮性能强些。
通过上述实验,证实此类耐火浇注料中,SiC含量在5%-15%时具有优良的抗碱结皮和抗磨蚀性能,氧化敏感性低些。
若在SiC耐火浇注料内,增加一些ZrSiO4可使浇注料内的微裂纹增加,有助于增加衬体强度和氧化/微细孔隙效率。
按照上述机理,Calderys耐火材料公司率先开发了SiC<10%及SiC<10%、Zr2O3<10%的两种荣盛耐材工况温度超过1600℃的耐火浇注料,适用于预热器、分解炉系统的分解炉、上升烟道、进料室部位,以及窑尾进料锥体、窑门罩、冷却机热端等高温部位。与传统的SiC高含量耐火浇注料相比,荣盛耐材先是价格便宜,其次是热导率下降,降低了与硅酸钙板界面的温度,相应减缓了硅酸钙板对工况温度的需求,也减少了筒体散热损失,见表4-50。
表4-50 Calderys耐火材料公司低SiC含量耐火浇注料性能及使用部位

产品 Al2O3>35% SiC<7% SiC<10%
Zr2O3<10%
SiC>30% Al2O3>75%

施工方式

浇注 浇注 浇注 浇注 浇注

荣盛耐材工况温度(T4)/℃

1427 1622 1650 1652 1700

Al2O3/%

40 55 49.6 44 80

冷压强度(110℃)/MPa

70 95 120 70 145

冷压强度(1000℃)/MPa

70 140 110 130

热导率(1000℃)/ [W/(m/.K)]

1.4 1.72 2.35 4.01 2.35

冷压强度(1200℃)/MPa

70 140 140 110 130

MOR(断裂模数)(1200℃)

8 20 17 14

使用部位

上升管道

900-1150℃

× ×× ××× ××

分解炉

1200-1400℃

××× ××

混合室

1000-1200℃

× ××× ××× ×× ×

窑尾进料室

900-1250℃

× × ××× ××

热级旋风筒(顶和锥)

800-970℃

× × × ××

窑头罩
窑进口部位
燃烧器

1250-1400℃



××
××
××
××
××
××

××
×
××
×
×

冷却机进料口顶部弯头部位

1000-1400℃

×× ×× ×

注:×表示断裂模数,×越多则使用量越大。
随着技术的进展,是否会出现类似SiO2浸渍高铝砖性能的抗结皮耐火浇注料产品,有待进一步实践。

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