1.前言

  眾所周知，水泥企業(yè)屬于高能耗工業(yè)，隨著電力高峰期的到來，水泥企業(yè)將受到拉閘限電約束而影響水泥企業(yè)的正常運轉，帶來產量的降低和回轉窯的運轉不穩(wěn)定等因素。

  水泥窯過渡帶廣泛使用不含鉻的鎂鋁尖晶石磚，傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚具有較好的抗侵蝕性能、優(yōu)良的熱震性能，但其導熱系數(shù)較大，容易造成筒體外壁溫度高（350℃以上），散熱損失大，既不節(jié)能，對筒體安全也不利。為了解決傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚導熱系數(shù)較大的問題，本研究采用微孔合成原料制備高強低導鎂鋁尖晶石磚。

  2 試驗

  2.1 原位合成微孔輕質鎂鋁尖晶石原料

  2.1.1 微孔輕質鎂鋁尖晶石原料的制備

  將鎂質原料和氧化鋁質原料按照一定比例在球磨機中共磨，并將混合好的原料制備磚坯并在隧道窯內高溫燒成。合成料隧道窯燒后檢測指標如下表所示：

  表1 合成料隧道窯燒后指標

  2.1.2 合成料討論分析

  為了得到適合大生產需求的合成料，對其進行礦相、孔徑和顯微結構分析。

  1）XRD物相分析

  為了研究合成料礦相組成，對其進行XRD衍射分析。分析結果如圖1所示。

  圖1 合成料XRD物相分析

  2）孔徑分布

  由圖2可知，1#合成料平均孔徑為6.2μm，2#合成料平均孔徑為13.4μm，1#合成料具有較小的平均孔徑。

  圖2 合成料孔徑分布

  3）顯微結構

  圖中淺色部分為尖晶石相，其它為方鎂石

  圖3  1#合成料顯微結構

  圖4  2#合成料顯微結構

  對圖3、圖4中1~7點進行探針分析，尖晶石晶粒里面有 CaO、SiO₂、Fe₂O₃ 雜質，其化學成分如表2所示。

  表2 能譜分析

  綜上分析，1#合成料具有較小的平均孔徑和合成較好的鎂鋁尖晶石礦相，采用1#合成料制備高強微孔低導鎂鋁尖晶石磚。

  2.2 高強低導鎂鋁尖晶石磚的研制

  2.2.1試樣制備

  合成料經過破碎再與其他物料進行混煉，再由電螺旋壓力機壓制為磚坯。磚坯經過干燥后進入隧道窯進行高溫燒制，最終完成高強低導鎂鋁尖晶石磚的制備。

  2.2.2檢測結果與討論

  表3 試樣1#、傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚檢測結果

  由上表可以看出，配方經過優(yōu)化后的1#試樣熱震明顯提高，上表中對比了1#和傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚的技術指標，高強低導鎂鋁尖晶石磚具有體密低、熱震優(yōu)良等特點，而在強度和荷軟方面雖然略有些低，但是根據(jù)使用環(huán)境要求來看，可滿足一般回轉窯的使用要求。

  圖5  試樣1100℃水冷熱震后圖片（1g為1#樣磚）

  對產品進行導熱系數(shù)的測量，其結果如表4所示。

  表4 導熱系數(shù)的檢測結果

  從導熱系數(shù)對比情況可知高強低導鎂鋁尖晶石磚導熱系數(shù)與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比有較大程度的下降。

  2.2.3 抗侵蝕性研究

  由圖6高強低導鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚抗水泥物料侵蝕試驗對比可知，高強低導鎂鋁尖晶石磚雖然氣孔率增大、體密降低，但是抗侵蝕性能與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比并沒有下降。

  圖6  高強低導鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚抗水泥物料侵蝕試驗

  （電爐1500℃×6h）

  2.2.4 高強低導鎂鋁尖晶石磚現(xiàn)場應用

  圖7為國內某水泥窯使用高強低導磚時的筒掃溫度曲線，其中普通鎂鋁尖晶石磚位置（17.4-17.8 m）筒掃溫度偏高，出現(xiàn)峰值，最高溫度達到370℃左右，而使用高強低導磚的位置（17.8-19.8 m）從筒掃溫度曲線看有明顯的下降趨勢，最終下降到300℃以下。由現(xiàn)場使用情況可知，高強低導磚可有效降低水泥窯筒體溫度，降低水泥窯能耗，起到環(huán)保節(jié)能的作用。

  圖7 國內某水泥窯筒掃溫度曲線

  3 結論

  （1）鎂質原料和氧化鋁質原料按照一定比例共磨制備的鎂鋁尖晶石合成料，具有較好的鎂鋁尖晶石礦相，微孔特征明顯，其平均孔徑可達6.2μm。

  （2）采用微孔鎂鋁尖晶石合成料制備的鎂鋁尖晶石磚與傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚相比，雖具有較高的氣孔率，但是其微孔結構保證抗侵蝕和高溫性能指標不受影響，熱震性能明顯改善，同時微孔結構可以明顯降低導熱系數(shù)，從而降低筒體溫度，達到節(jié)能的效果。