回转窑转运流槽高强耐磨浇注料的研制与应用

2020-11-25薛海涛丛培源

工业炉 2020年5期

薛海涛，丛培源

（中冶武汉冶金建筑研究院有限公司，湖北武汉430081）

随着石灰窑大型化，高效化发展，对内衬耐火材料要求越来越高，一旦耐火材料发生损毁，直接影响整窑的正常运行及设备寿命。特别是转运流槽使用条件苛刻，国内外对此进行了大量优化设计，大多采用刚玉质及碳化硅质材料，但由于热振性能不好，总体寿命不高。本文以莫来石为主原料，利用莫来石本身抗热振性能好，加入5%的活性硅微粉和2%的钢纤维，通过整体浇筑施工方式，材料高温强度高，热振稳定性好，抗剥落性优良，能达到和超过一年使用寿命，为石灰窑稳定运转提供了保证。

1 回转窑转运流槽简介

转运溜槽用于向回转窑内转送物料，外形呈漏斗状，耐材设计以浇注料为主，辅助砌筑碳化硅砖（见图1），此处主要受石灰石的冲击、磨损和高温气流冲刷及碱性物料浸蚀，要求选用强度高、热振稳定性好、抗冲击和耐磨性好的耐火材料[1]。选用国外某公司60%Al2O3低水泥浇注料、碳化硅砖（相关指标见表 1、表 2）。

图1 转运溜槽结构示意图

表1 60%Al2O3 低水泥浇注料指标

表2 碳化硅砖指标

2 高强耐磨浇注料的研制

针对回转窑转运溜槽使用特点及使用温度，材料要求流动性好、强度高、耐磨性好。采用棕刚玉、莫来石为骨料，配以纯铝酸盐水泥为结合剂，为了进一步增强和改善材料韧性，减少材料剥落掉块现象，加入一定量耐热不锈钢纤维。其基本试样配方为：M60（8-1）36%～45%，棕刚玉（1～0，200 目）30%～40%，活性硅微粉3%～7%，活性氧化铝粉2%～6%，S71 水泥3%～5%，不锈钢钢纤维1%～4%，外加剂0.2%左右。

2.1 硅微粉加入量对材料流动性的影响

对于浇注料，流动性是施工最重要的指标。为了使浇注料有较好流动性，在加水量保持4.5%不变的情况下，加入硅微粉量与流动值关系如图2 所示。

活性硅微粉具有较小的粒径，平均为0.1～0.5 μm，具有较大的比表面积，起到填充减水、改善流动性作用。高温下水泥中的CaO 会与A12O3和SiO2发生反应，生成低熔点相，降低浇注料的高温性能[2]。因此在满足最小加水量的同时，尽可能减少氧化硅微粉的加入量。通过试验，发现加入5%的硅微粉能达到最好效果。

图2 SiO2 加入量对流动值影响图

2.2 不锈钢纤维加入量对材料性能的影响

回转窑转运溜槽在温度变化及料块冲刷下，易产生裂纹剥落，通过添加不锈钢纤维，在一定温度下能改善其韧性，承受浇注料所产生的应力，阻止其裂纹扩展，从而减少剥落掉块现象。本实验选用熔抽方法生产的钢纤维，表面粗糙，形成扁凹形，与耐火浇注料的握裹力强，有利于加强浇注料的增强增韧作用。

由于钢纤维浇注料增韧没有直接测量方法，采用试样尺寸70 mm×70 mm×70 mm 立方体，经1 100℃×3 h 煅烧后，将重量为 0.8 kg，直径为 60 mm 的铁球从100 cm 高处自由下落碰撞到试块，记录试块第一次出现裂缝和破坏时的碰撞次数。加入不同量钢纤维碰撞结果见表3。

表3 不同钢纤维加入量浇注料的碰撞试验结果

从表3 可以看出，加入3%钢纤维的浇注料具有最好增韧效果，由于加入钢纤维后，对材料的流动性有一定影响，综合成本和材料性能，最终加入钢纤维量为2%。

最终研制的高强耐磨浇注料性能指标见表4。

3 高强耐磨浇注料的施工

材料施工对材料最终使用性能有至关重要影响，高强耐磨浇注料施工步骤如下：

（1）基层处理

表4 高强耐磨浇注料性能检测数据

由于回转窑转运流槽的损毁绝大部分是由于材料层从基层界面处脱落而导致的，因此基层的处理至关重要。基层应焊接钢筋锚固件，锚固件按梅花型分布，保持合理间距，在特殊部位可以加密锚固件，以增加浇注层与基层的附着力。

（2）浇注料的搅拌

浇注料宜采用搅拌机搅拌，加入材料后先干搅1～2 min，再加水搅拌，搅拌时间一般为 2～3 min。要严格控制好加水量。具体使用环境温度对加水量影响较大，可适当调整，加水搅拌时应注意该材料流变性有一个瞬间变化过程，因此要严格控制材料加水量，切勿因加水过多而影响使用效果。搅拌地点应尽量靠近施工地点，减少运输距离。每次搅拌量应视使用量多少而定，搅拌后的材料应在30 min 内使用完毕。

（3）养护

夏季施工，施工完毕后自然养护即可。冬季施工，应采取一定的保温措施，如加盖草袋或岩棉被。由于材料的强度随养护时间增加是一个线性增长的过程，因此，条件允许的前提下，应尽量延长养护时间。

施工现场图片见图3。