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耐火材料行業動態

廢電瓷制備水泥窯用低鋁莫來石磚替代硅莫磚

近年來,我國新型干法水泥設備逐步向大型化發展,生產能力及燃料燃燒效率的提高使整個回轉窯系統的溫度有了很大的提升。由于溫度的提高,傳統配置的普通耐堿磚已無法滿足低溫區工作層對耐火材料的要求。目前,我國新型干法水泥回轉窯預熱分解帶耐火材料主要配置硅莫磚,雖然能夠滿足生產需求,但是水泥回轉窯預熱分解帶堿含量高,耐硅莫磚中氧化鋁含量高,對抗堿性能力不足,易發生堿裂現象,影響使用壽命,此外,硅莫磚全部全用一級或者特級礬土,并加入10%~25%的SiC,生產成本高,其較高的導熱系數使得水泥窯燃料噸耗升高,造成能源浪費。因此,無論是從水泥熟料能耗降低還是耐火材料資源節約等方向考慮,急需利用資源替代技術開發一種應用于水泥回轉窯預熱分解帶、具有優良的耐堿蝕性及耐高溫性的新型鋁硅質耐堿磚以替代硅莫磚。
工業廢舊電瓷長期以來被作為工業垃圾處理,隨著陶瓷工業的發展,廢電瓷的數量日益增長,如何合理開發利用這些廢棄高壓電瓷,具有很大的現實意義。本文主要進行利用工業廢電瓷及合成低鋁莫來石制備低鋁耐堿莫來石磚的研制試驗,旨在研制適用于水泥窯低溫到高溫過渡區的新型耐堿磚,同時利用工業廢棄物以促進資源合理利用。
1試驗
1.1試樣制備
以低鋁莫來石、高壓電瓷、黏土為主要原料,紙漿廢液為結合劑(其密度為1.25g.cm3)。先將顆粒料加入濕碾機干混2min,加入3%的紙漿結合劑,混煉5min,加入細粉混煉10min出料,困料6h,經315t摩擦壓磚機成型,干燥后裝入高溫隧道窯中于1400℃燒成。
1.2性能測試
按照GB/T2997-2000(2004)對試樣體積密度及顯氣孔率進行測定;按照YB/T370—1995測定試樣荷重軟化溫度;按照GB/T5072—2008測定試樣常溫耐壓強度;按照YB/T376.1-1995檢測試樣的抗熱震性;按照YB/T4130-2005檢測試樣的導熱系數;按照G/T14983—2008對燒結試樣進行耐堿性測試;用QUANTAFEG250型掃描電鏡和S8TIGER型X射線衍射儀分析原料的顯微結構與物相組成。
2試驗原料
2.1低鋁莫來石
低鋁莫來石的XRD圖譜和顯微結構如圖I和圖2所示。由圖1可以看出低鋁莫來石原料以莫來石為主品相;由圖2可以看出,莫來石結構發育良好,互相穿插構成網狀結構,能夠為低鋁莫來石磚提供框架支撐,使其具有良好的高溫力學性能表現出良好的抗熱震性。低鋁莫來石中的玻璃相能夠阻礙堿性物質與莫來石形成霞石的反應,在形成霞石膨脹的情況下,玻璃相能夠緩沖材料的膨脹,避免堿裂的出現,使燒成制品具有良好的耐堿性,莫來石相與玻璃相兩種材料的組合實現了優勢互補,形成晶相與非晶相相互阻斷的結構形式,能夠降低燒成制品的導熱率。
2.2高壓電瓷
高壓電瓷的XRD圖譜和顯微結構如圖3和圖4所示。由圖3可以看出,高壓電瓷的主晶相為剛玉、莫來石和石英。根據XRD圖譜進行半定量分析,相應的晶相和玻璃相含量結果見表3?梢钥闯,高壓電瓷中玻璃相的含量占主導,除玻璃相以外,晶相含量從高到低依次為剛玉、莫來石和石英。由圖4可以看出電瓷的玻璃相中分布著大小形貌不同的氣孔,氣孔尺寸約為5~10um。
3結論與討論
3.1高壓電瓷加入量對低鋁莫來石磚性能的影響
高壓電瓷加入量對試樣體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強度、荷重軟化溫度的影響如圖5所示。由圖5可知,隨著高壓廢電瓷加入量的增加,試樣體積密度不斷增大,顯氣孔率逐漸降低,這主要是因為廢電瓷加入量的增加能夠促使液相燒結更加充分,液相量的增加使液相的表面張力增大,液相不斷填充部分氣孔,試樣的致密化程度增加。但當廢電瓷加入量大于60%時,體積密度有下降趨勢。隨著廢電瓷的加入量增加,試樣荷重軟化溫度逐漸降低。當廢電瓷加入量為50%時,試樣的常溫耐壓強度達到最高,這主要是因為廢電瓷促進液相量增加的同時促進了莫來石的生長和更多莫來石的析出,莫來石相的生長對試樣的強度起到支撐作用。但隨著廢電瓷的過量加入,試樣的耐壓強度則下降。
3.2低鋁莫來石磚與硅莫磚物理性能比較
低鋁莫來石磚與硅莫磚的理化性能指標對比見表4。從表4可以看出,與普通硅莫磚相比,低鋁耐堿莫來石磚體積密度低,比相同數量的硅莫磚重量減輕15%,能大大減輕窯體負荷,實現窯爐輕型化。同時低鋁耐堿莫來石磚導熱系數低,能夠減少筒體散熱損失,起到節能降耗的作用。此外,低鋁耐堿莫來石磚耐堿性優良,熱震穩定性與荷重軟化溫度滿足水泥窯預熱分解帶使用要求,因此完全可以替代硅莫磚應用于水泥窯預熱分解帶。
4結論
(1)以低鋁莫來石和高壓廢電瓷為主要原料制成低鋁莫來石磚,鋁含量小于42%,具有良好的耐堿性、較低的導熱系數與體積密度、較好的抗熱震性。完全可替代普通硅莫磚應用于水泥窯預熱分解帶,減輕了水泥窯體負荷,實現了窯爐的輕型化,具有良好的節能降耗作用。
(2)隨電廢瓷加入量的增加,低鋁莫來石磚體積密度不斷增大,荷重軟化溫度逐漸降低,因此廢電瓷的合理加入量為≤50%。廢電瓷的使用促進了資源的合理利用,達到了節能環保的目的。
參考文獻:
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[2]王杰曾、袁林、成潔.水泥窯用無鉻堿性耐火材料的研究進展
[3]高長賀、夏文斌、馬淑龍等.新型干法水泥窯無鉻化配套技術的研究與應用
[4]劉振英、姚峰.水泥窯用特種硅莫磚的研制及應用
[5]徐平坤.硅莫磚的研究
[6]楊曾玲.高壓電瓷的生產工藝及污染種類和解決措施
[7]徐娜娜、李淑靜、李遠兵.利用低壓電瓷廢料制備輕質骨料的研究
[8]汪雷、李淑靜、董舜杰.黏土加入量對廢高壓電瓷制備莫來石輕質磚性能的影響


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