近年來,無水泥耐火混凝土已成功應用于水泥生產線并取得一定成果,現正在應用實踐基礎上,進一步優化提高。
1性能
無水泥耐火混凝土又稱納米技術混凝土,混凝土內膠結劑的顆粒尺寸接近原子。此類物質穩定分散在懸浮溶膠體內,提供潛在的反應表面的水化二氧化硅(SiO2)的膠體。懸浮溶膠作為粘結劑,在耐火混凝土內取代作為傳統粘結劑的高鋁水泥。納米技術耐火混凝土對高溫敏感較低,溶膠與混凝土內其余成分混合,生成Si-O-Si或Si-O-X硅氧烷鍵,生成足夠的強度,以延長耐火混凝土的使用壽命。
水泥窯內目前使用的高鋁水泥耐熱混凝土,在水泥水化時,體內會產生多孔結構,煙氣內的堿、氯、硫化合物滲入孔隙,與混凝土內成分起化學反應損壞混凝土。而納米技術混凝土內孔隙小且數量少,有害化合物難于滲入,不易損壞混凝土。
納米技術混凝土還具備抗機械沖擊和抗熱磨蝕性能。在10~40℃環境溫度下施工,通過聚合反應使其硬化。
納米技術混凝土可振搗澆注,也可噴射施工。目前噴射裝備的噴射高度可達100m,噴射量2.5m3/h,滿足水泥燒成系統全部裝備的需求。納米技術混凝土施工凝結時間較短,8h即可達到潮濕強度,在100~200℃的溫度范圍內烘干約8h,窯啟動在36h內。而高鋁水泥混凝土在100~600℃溫度范圍內烘干,烘干時間約需36~48h,窯啟動在88h內。若烘干時間過短,混凝土內蒸汽壓力會使其碎裂。
2應用
德國SPZ水泥公司一臺年產120萬噸熟料的4級預熱器窯,在大量煅燒代用燃料后,在冷卻機熱端頂部彎頭、側墻、燃燒器噴口、預熱器上升煙道和入窯進料室損壞嚴重,且使用周期短,一般僅7個月就需更換。從2013年1月起,改用無水泥耐火混凝土,取得了較好效果。
2.1窯的配料率值
硅酸率(SM)2.9~3.2,鋁氧率(AM)2.11~2.18,石灰飽和系數(LSF)97~99,熟料熔體1450℃時22%~24%,以上數據表明,耐火襯體所承受的熱應力較高。代用燃料量超過60%,燃料內所含的堿、氯、硫含量對襯體所承受的化學應力高。
2.2無水泥耐火混凝土的應用
(1)冷卻機前端頂部彎頭部位長時期以來,該部門使用含ZrO2和SiC的低水泥耐火混凝土,使用壽命約7個月。2013年1月,改用以莫來石為主體、含10%SiC無水泥耐火混凝土,2013年9月在運行7個月后檢查顯示完整。2014年6月檢查襯體仍然完整。
(2)冷卻機側墻冷卻機側墻耐火混凝土壽命以往長為12~15個月,而改用含30%的無水泥耐火混凝土,使用5個月后,襯體仍然完整,現仍在運行。
(3)燃燒器前端
燃燒器前端耐火混凝土通常使用6~10周即需調換。近年來采用含剛玉的低水泥耐火混凝土,使用壽命有所增加,2013年12月改為高鋁質無水泥耐火澆注料,2014年7月停窯檢查前端襯體完善,目前仍在使用。
3進口窯-上升煙道
入窯料的堿硫比為0.79~1.66,襯體承受重的堿侵蝕,使用含SiC的低水泥耐火混凝土,以抗結皮,使用壽命約7個月。改為含30%SiC的無水泥耐火混凝土后,使用超過7個月后檢查,襯體仍然完整,現仍在使用。
此外,為增強抗堿性能,研究了第二代莫來石結合無水泥耐火混凝土。
通過上述應用,無水泥耐火混凝土在高熱應力、高化學應力的工況下應用,不僅縮短了施工所需的烘干時間,而且提高了使用壽命,雖然價格高些,但仍然得到工廠的肯定。
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