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隨著水泥產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐火材料面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。高鋁質(zhì)耐火材料是水泥回轉(zhuǎn)窯初期最重要的高溫帶內(nèi)襯耐火材料。二十世紀(jì)六十年代至七十年代，鎂鉻磚由于具備優(yōu)異的掛窯皮性和抗侵蝕性，普遍使用在水泥回轉(zhuǎn)窯高溫帶。八十年代以后，因?yàn)橐酆箧V鉻磚中三價(jià)鉻易被氧化成水溶性且有劇毒的六價(jià)鉻，造成環(huán)境污染，所以水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐火材料無鉻化的研發(fā)迫在眉睫，水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料開始從鎂鉻磚向鎂鋁尖晶石磚、鎂鈣磚發(fā)展。

1)水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐火材料應(yīng)用現(xiàn)狀

鎂鉻磚以其高耐火度、良好掛窯皮性能和優(yōu)異熱震穩(wěn)定性等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料。但是使用過程中也發(fā)現(xiàn)了其缺點(diǎn)：鎂鉻磚在使用過程中，鉻鐵礦中的鐵離子不斷在Fe2+和Fe3+之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生較大體積膨脹，導(dǎo)致其使用壽命下降;鉻尖晶石中鉀、鈉等離子的滲入，使Cr3+易被氧化成Cr6+，水溶性且有劇毒的Cr6+不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還具有致癌性。

因此，水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的無鉻化研究勢(shì)在必行。目前，鎂鋁尖晶石磚和白云石磚是高溫水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯無鉻化的重要材料。

鎂尖晶石磚是以尖晶石為核心，通過添加適宜添加劑研制的耐火材料制品。尖晶石相使磚具有良好的抗熱震穩(wěn)定性，對(duì)堿、熟料液相和硫蒸氣的侵蝕性較強(qiáng)，除此之外，其熱負(fù)荷能力也較好。但鎂尖晶石磚的熱導(dǎo)率高、掛窯皮性能較差，并且高溫下容易與水泥熟料中的C3S或C3A發(fā)生反應(yīng)，生成熔點(diǎn)較低的C12A7，這對(duì)窯體結(jié)構(gòu)的整體性有決定性影響，限制了鎂尖晶石磚在水泥窯內(nèi)襯中的應(yīng)用。

白云石磚不僅具備優(yōu)良的化學(xué)相容性和掛窯皮性，還具備顯著的抗堿、抗還原氣氛侵蝕性，非常適合應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶。但是，窯內(nèi)氣氛中的CO2和SO3可能與白云石磚中游離的CaO發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3和CaSO4，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的體積效應(yīng)較大，有可能破壞其顯微結(jié)構(gòu)[18]。同時(shí)，大量游離的CaO易吸收空氣中水蒸氣，發(fā)生水化現(xiàn)象，導(dǎo)致磚的抗熱震穩(wěn)定性能和使用壽命降低。綜上所述，白云石磚仍需進(jìn)一步改進(jìn)研究。

為了改善這兩種耐火磚的使用性能，張蕓等以燒結(jié)MgO和MgO-Al2O3粉作主要原料、選擇三種不同含鐵添加劑對(duì)水泥窯方鎂石-尖晶石磚性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：含鐵添加劑不僅活化了MgO晶格、提高了制品的燒結(jié)致密度和熱震穩(wěn)定性，還改善了制品導(dǎo)熱系數(shù)高和掛窯皮困難等問題。ChenMin等以MgO-CaO砂為原料，通過引入nano-ZrO2和μm-ZrO2為添加劑，研究了ZrO2種類及用量對(duì)鎂鈣材料燒結(jié)性能及熱震穩(wěn)定性的影響。通過對(duì)比表明，當(dāng)nano-ZrO2的加入量為2wt%時(shí)，鎂鈣材料燒結(jié)致密度較高，易形成均勻、細(xì)化的顯微結(jié)構(gòu);同時(shí)，CaO與ZrO2反應(yīng)產(chǎn)生的微裂紋可以增強(qiáng)制品韌性，提高鎂鈣材料的抗熱震性。

綜上學(xué)者所取得的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：高溫水泥回轉(zhuǎn)窯用無鉻耐火材料雖然具備優(yōu)異的抗熱震性和掛窯皮性，但仍有一些問題需要解決。加入含鐵添加劑的鎂鋁尖晶石磚合成困難、熱導(dǎo)率高、Fe2+與Fe3+價(jià)態(tài)反復(fù)變化導(dǎo)致材料出現(xiàn)較大的體積效應(yīng)，容易對(duì)磚體本身結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p傷;以可燃性廢物為燃料而產(chǎn)生的窯內(nèi)氣氛中的CO2和SO3可能與白云石磚中游離的CaO發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生較大的體積效應(yīng)，從而破壞制品的顯微結(jié)構(gòu)，影響其使用性能?？梢姡嗷剞D(zhuǎn)窯高溫帶內(nèi)襯的無鉻化問題仍然是一項(xiàng)有待繼續(xù)深入研究的課題。

2)水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火襯材料研究現(xiàn)狀

鎂質(zhì)鐵鋁尖晶石(MgO-FeO·Al2O3)材料和無鉻耐火材料(MgO-CaO-ZrO2)是近年來研究開發(fā)的用于水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶的新材質(zhì)。

陳俊紅等以預(yù)合成出的鐵鋁尖晶石和鎂砂制備鎂質(zhì)鐵鋁尖晶石磚，其中鐵離子以二價(jià)態(tài)存在，消除了Fe3+與Fe2+反復(fù)變化出現(xiàn)較大的體積效應(yīng)，確保制品在使用時(shí)具備優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性、抗水泥侵蝕性以及杰出的結(jié)窯皮能力。

劉會(huì)林等以預(yù)合成的含鐵氧化物7.1wt%的高鐵MgO砂、預(yù)合成FeO·Al2O3和亞硫酸紙漿廢液為原料，制備出性能優(yōu)異的MgO-FeO·Al2O3磚。結(jié)果表明：MgO-FeO·Al2O3磚的常溫抗壓強(qiáng)度隨著FeO·Al2O3的加入先增大后減小，當(dāng)FeO·Al2O3的加入量為7wt%時(shí)，其常溫抗壓強(qiáng)度最大。

MgO-FeO·Al2O3磚具有熱膨脹率和熱導(dǎo)率低、結(jié)構(gòu)柔韌性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，但是合成FeO·Al2O3成本高以及合成過程中氣氛難以控制，因此MgO-FeO·Al2O3磚有待進(jìn)一步研究。

陳肇友從三元系相圖的角度提出鎂鈣鋯材料用于水泥回轉(zhuǎn)窯的可行性，討論了鎂鈣鋯耐火材料抗?fàn)t外鋼渣以及硅酸鈣水泥、鋁酸鈣水泥的侵蝕性。結(jié)果表明，MgO-CaO-ZrO2材料對(duì)Al2O3含量較低的堿性鋼渣與硅酸鹽水泥的抗侵蝕性較好，但對(duì)Al2O3含量高的酸性鋼渣或鋁酸鈣水泥的抗侵蝕性較差。

張干通研究了鎂鈣鋯磚在新式干法回轉(zhuǎn)窯燒成帶上的使用環(huán)境。結(jié)果表明：鎂鈣鋯磚具備優(yōu)異的抗侵蝕性能和掛窯皮性能，并且能夠在窯皮間形成相對(duì)完整的連接體。田小利等對(duì)MgO-CaO-ZrO2復(fù)合材料進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，材料中方鎂石和CaZrO3的直接結(jié)合可以使其具備力學(xué)強(qiáng)度適宜、荷重軟化溫度高及熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能，有望成為水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的替代材料。