无水泥耐火混凝土

无水泥耐火混凝土

近年来，无水泥耐火混凝土已成功应用于水泥生产线并取得一定成果，现正在应用实践基础上，进一步优化提高。

1　性能

无水泥耐火混凝土又称纳米技术混凝土，混凝土内胶结剂的颗粒尺寸接近原子。此类物质稳定分散在悬浮溶胶体内，提供潜在的反应表面的水化二氧化硅（SiO2）的胶体。悬浮溶胶作为粘结剂，在耐火混凝土内取代作为传统粘结剂的高铝水泥。

纳米技术耐火混凝土对高温敏感较低，溶胶与混凝土内其余成分混合，生成Si-O-Si或Si-O-X硅氧烷键，生成足够的强度，以延长耐火混凝土的使用寿命。

水泥窑内目前使用的高铝水泥耐热混凝土，在水泥水化时，体内会产生多孔结构，烟气内的碱、氯、硫化合物渗入孔隙，与混凝土内成分起化学反应损坏混凝土。而纳米技术混凝土内孔隙小且数量少，有害化合物难于渗入，不易损坏混凝土。

纳米技术混凝土还具备抗机械冲击和抗热磨蚀性能。在10～40℃环境温度下施工，通过聚合反应使其硬化。

纳米技术混凝土可振捣浇注，也可喷射施工。目前喷射装备的喷射高度可达100m，喷射量2.5m3/h，满足水泥烧成系统全部装备的需求。

纳米技术混凝土施工凝结时间较短，8h即可达到潮湿强度，在100～200℃的温度范围内烘干约8h，窑启动在36h内。而高铝水泥混凝土在100～600℃温度范围内烘干，烘干时间约需36～48h，窑启动在88h内（图1）。若烘干时间过短，混凝土内蒸汽压力会使其碎裂（图1、图2）。

2　应用

德国SPZ水泥公司一台年产120万吨熟料的4级预热器窑，在大量煅烧代用燃料后，在冷却机热端顶部弯头、侧墙、燃烧器喷口、预热器上升烟道和入窑进料室损坏严重，且使用周期短，一般仅7个月就需更换。从2013年1月起，改用无水泥耐火混凝土，取得了较好效果。

2.1窑的配料率值

硅酸率（SM）2.9～3.2，铝氧率（AM）2.11～2.18，石灰饱和系数（LSF）97～99，熟料熔体1 450℃时22%～24%，以上数据表明，耐火衬体所承受的热应力较高。

代用燃料量超过60%，燃料内所含的碱、氯、硫含量对衬体所承受的化学应力高。

2.2无水泥耐火混凝土的应用

（1）冷却机前端顶部弯头部位

长时期以来，该部门使用含ZrO2和SiC的低水泥耐火混凝土，使用寿命约7个月。2013年1月，改用以莫来石为主体、含10%SiC无水泥耐火混凝土，2013年9月在运行7个月后检查显示完整。2014年6月检查衬体仍然完整。

图1　低水泥和无水泥耐火浇注料内部蒸汽压力

图2　低水泥和无水泥浇注料在空缺内烘干加热时间

（2）冷却机侧墙

冷却机侧墙耐火混凝土寿命以往最长为12～15个月，而改用含30%的无水泥耐火混凝土，使用5个月后，衬体仍然完整，现仍在运行。

（3）燃烧器前端

燃烧器前端耐火混凝土通常使用6～10周即需调换。近年来采用含刚玉的低水泥耐火混凝土，使用寿命有所增加，2013年12月改为高铝质无水泥耐火浇注料，2014年7月停窑检查前端衬体完善，目前仍在使用。

3　进口窑-上升烟道

入窑料的碱硫比为0.79～1.66，衬体承受重的碱侵蚀，使用含SiC的低水泥耐火混凝土，以抗结皮，使用寿命约7个月。改为含30%SiC的无水泥耐火混凝土后，使用超过7个月后检查，衬体仍然完整，现仍在使用。

此外，为增强抗碱性能，研究了第二代莫来石结合无水泥耐火混凝土。

通过上述应用，无水泥耐火混凝土在高热应力、高化学应力的工况下应用，不仅缩短了施工所需的烘干时间，而且提高了使用寿命，虽然价格高些，但仍然得到工厂的肯定。

陈友德编译自

No.12/2014World Cement