馬淑龍 楊 晨 安建成  張康康 池 朋 李燕京 羅華明

北京金隅通達(dá)耐火技術(shù)有限公司 北京 100085

摘要：試驗(yàn)以高純莫來(lái)石為主要原料配合金屬塑性相制備低導(dǎo)熱特種莫來(lái)石磚。通過(guò)對(duì)特種莫來(lái)石磚的理化性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚對(duì)比分析，結(jié)果顯示，特種莫來(lái)石磚具有氣孔率低、體積密度低、荷重軟化溫度高、熱震穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。特種莫來(lái)石磚可替代鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚用于水泥窯過(guò)渡帶等區(qū)域，相對(duì)鎂鋁尖晶石磚可降低筒體溫度100℃以上，降低筒體載荷15%，節(jié)能減排效果明顯。

關(guān)鍵詞：水泥窯，過(guò)渡帶，低導(dǎo)熱，特種莫來(lái)石磚；

隨著協(xié)同處置水泥技術(shù)的發(fā)展，大量替代原燃料的應(yīng)用使得水泥窯用耐火材料的服役環(huán)境日益惡化，耐材服役壽命縮減。目前水泥窯過(guò)渡帶多使用鎂鋁尖晶石磚或者硅莫紅磚，由于其導(dǎo)熱系數(shù)高，不利于節(jié)能降耗，還會(huì)導(dǎo)致筒體腐蝕加劇，嚴(yán)重的致使筒體斷裂，不僅影響水泥窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更給生產(chǎn)安全帶來(lái)很大隱患[1]。通達(dá)多年來(lái)致力于低導(dǎo)熱莫來(lái)石磚開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)出系列莫來(lái)石制品，特種莫來(lái)石磚為同系列產(chǎn)品[2-5]，特種莫來(lái)石磚在保持良好耐高溫性能和耐磨性能基礎(chǔ)上，通過(guò)引入金屬塑性相可以實(shí)現(xiàn)氣孔微細(xì)化，在降低氣孔率同時(shí)有效緩沖應(yīng)力改善材料的力學(xué)性能、高溫韌性[6-7]。低導(dǎo)熱特種莫來(lái)石磚在實(shí)現(xiàn)降低筒體溫度同時(shí)降低筒體載荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的，推動(dòng)水泥行業(yè)節(jié)能減排。

1、特種莫來(lái)石磚的制備與理化性能

1.1 特種莫來(lái)石磚的理化性能

特種莫來(lái)石磚所用的原料以高純莫來(lái)石原料為主體，配合金屬塑性相、廣西白泥等原料制備而成。特種莫來(lái)石磚與鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚的的理化性能對(duì)比見(jiàn)表1所示，結(jié)果顯示，特種莫來(lái)石磚具有低顯氣孔、低密度、高荷重軟化溫度、高熱震穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。低的氣孔率、低的鋁含量有利于改善材料抗硫堿侵蝕滲透性能；體積密度2.55g/cm3，比鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚均低，可降低筒體載荷約10%-15%。

表1 特種莫來(lái)石磚與鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚的理化性能對(duì)比

1.2 特種莫來(lái)石磚導(dǎo)熱性能

對(duì)特種莫來(lái)石磚與硅莫紅磚在600℃、800℃、1000℃的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如下表2所示。隨著處理溫度的提高，各溫度下試樣的導(dǎo)熱系數(shù)不斷提高，同一試樣隨著測(cè)試溫度的提高導(dǎo)熱系數(shù)也不斷提高。特種莫來(lái)石磚的導(dǎo)熱系數(shù)明顯低于硅莫紅磚，只有硅莫紅的57%，鎂鋁尖晶石磚的44%。

表2 特種莫來(lái)石磚、鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)（W·m·K）

1.3 特種莫來(lái)石磚耐磨性能

為了對(duì)比不同溫度下處理后材料的耐磨性能，特種莫來(lái)石磚與硅莫紅磚試樣經(jīng)過(guò)耐磨實(shí)驗(yàn)后的磨損量A（cm3）及表觀形貌分別如下圖1及表3所示。可以看出各試樣都出現(xiàn)了不同程度的磨損，特種莫來(lái)石磚磨損量為5.58cm3接近硅莫紅磚的4.54cm3，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能，分析認(rèn)為該試樣骨料與基質(zhì)界面形成良好的莫來(lái)石結(jié)合，界面結(jié)合更好。

表3 各試樣的磨損量A

圖1 試樣耐磨實(shí)驗(yàn)后的表觀形貌

1.4 特種莫來(lái)石磚抗堿侵蝕性能

特種莫來(lái)石磚（a）與硅莫紅磚（d）抗K2CO3侵蝕實(shí)驗(yàn)，從抗堿侵蝕后的照片（圖2）可以看出，特種莫來(lái)石磚抗堿侵蝕性能達(dá)到硅莫紅磚抗堿侵蝕性能。特種莫來(lái)石磚顯氣孔率低，加上金屬塑性相引入，使得特種莫來(lái)石磚表現(xiàn)出優(yōu)良的抗堿侵蝕性能。

圖2 試樣抗堿侵蝕實(shí)驗(yàn)后的外觀照片

2、特種莫來(lái)石磚的應(yīng)用

特種莫來(lái)石磚在臺(tái)泥某2500t/d水泥窯使用區(qū)域24m-30.6m，砌筑照片及使用1個(gè)月筒掃溫度照片如圖3所示，大約280℃相對(duì)前端相鄰鎂鋁尖晶石磚溫度380℃以上，可降低溫度100℃以上，相對(duì)于后端相鄰的硅莫磚1650溫度320℃降低50℃，降低水泥窯筒體溫度效果明顯。

圖3 特種莫來(lái)石磚在回轉(zhuǎn)窯砌筑及使用1個(gè)月后筒掃照片

圖5 特種莫來(lái)石磚在回轉(zhuǎn)窯使用7個(gè)月照片

截至目前已經(jīng)使用壽命超一年。圖5為特種莫來(lái)石磚使用7個(gè)月的窯內(nèi)磚及筒掃照片，從整體來(lái)看非常完整，筒體溫度約290℃，比前端相鄰鎂鋁尖晶石還要低100℃左右，降低水泥窯筒體溫度效果明顯，節(jié)能效果顯著。

3、特種莫來(lái)石磚的節(jié)能減排估算

按照特種莫來(lái)石磚在水泥窯使用效果，以5000t/d水泥窯為例，使用區(qū)域?yàn)?5m-40m，按照目前特種莫來(lái)石磚的導(dǎo)熱系數(shù)，代替鎂鋁尖晶石磚使用前后溫度從380℃降低300℃以下，按照筒體溫度降低80℃進(jìn)行計(jì)算。特種莫來(lái)石磚代替鎂鋁尖晶石磚節(jié)煤計(jì)算見(jiàn)表4所示。窯筒體散熱量計(jì)算采用多平壁傳熱公式進(jìn)行估算，即筒體向大氣的散熱量為筒體自然對(duì)流傳熱和輻射傳熱損失之和。特種莫來(lái)石磚代替鎂鋁尖晶石磚噸熟料煤耗可以降低0.808Kg。按照5000t/d設(shè)計(jì)產(chǎn)能150萬(wàn)噸可實(shí)現(xiàn)節(jié)煤1212噸。按照標(biāo)準(zhǔn)噸煤耗折合CO2排放通用計(jì)算比例2.66-2.72，SO2排放8.5kg，NOx排放7.4kg計(jì)算，每年可降低CO2排放3150噸，減少SO2排放10.3噸，減少NOx排放9.0噸。低導(dǎo)熱特種莫來(lái)石磚對(duì)水泥廠節(jié)能減排意義重大。

注：Ts-筒體外表面溫度（380℃-300℃），Ta-環(huán)境溫度（20℃），ε-窯筒體材料黑度（0.96），Γ-自然對(duì)流常數(shù)（1.5），D-筒體外直徑（4.85m），L-降溫區(qū)域筒體長(zhǎng)度（15m）

4、結(jié)論

（1）特種莫來(lái)石磚具有低氣孔、低密度、高熱震穩(wěn)定性的特性，特種莫來(lái)石磚體積密度2.55g/cm3，比鎂鋁尖晶石磚和硅莫紅磚均低，可降低筒體載荷約10%-15%。

（3）特種莫來(lái)石磚應(yīng)用于水泥窯過(guò)渡帶，筒體溫度280℃左右，相對(duì)鎂鋁尖晶石磚可降低溫度100℃以上，相對(duì)于硅莫紅磚溫度降低50℃，降低水泥窯筒體溫度效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊宏乾.水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝選擇對(duì)窯系統(tǒng)的影響和應(yīng)對(duì)措施[J].中國(guó)水泥,2021.

[2]馬淑龍,康劍,楊晨,等.水泥窯用不同鋁硅系耐火磚抗堿侵蝕性能研究[J].耐火材料,2023,57(2):131-134.

[3]馬淑龍,王立寧,康劍等.水泥窯用低導(dǎo)熱莫來(lái)石磚的性能及應(yīng)用[C].第十七屆全國(guó)耐火材料青年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集.2020:6.

[4]馬淑龍,蘇玉柱,張康康等.水泥窯用低導(dǎo)熱單晶相莫來(lái)石磚的研制[J].耐火與石灰,2023,48(01):1-3.

[5]王治峰,李亞偉,徐義彪,等.鋁硅系耐火原料與堿蒸氣反應(yīng)侵蝕行為[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2022(006):050.

[6]馬淑龍,王治峰,馬飛等.Si粉對(duì)剛玉-莫來(lái)石磚性能的影響[J].耐火材料,2022,56(04):309-311.

[7]塑性相結(jié)合剛玉復(fù)合磚的高溫性能[J].薛文東,孫加林,張厚興,熊尾貞,洪彥若,曲殿利,李志堅(jiān),王琳琳,李獻(xiàn)明,白周京.耐火材料,2002(01)