水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料1

　　　　　　　　　　　　　　　　                                                 陈肇友
　　　　                                                 　　中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 河南洛阳471039

　　摘 要 根据水泥回转窑烧成带对耐火材料的要求，从有关相图分析论述了MgO—CaO—ZrO2材料抗硅酸盐水 泥的侵蚀；由Fe-O系相图与铁的各级氧化物稳定存在区域图分析了形成铁铝尖晶石(FeO·Al2O3)的条件及 制取铁铝尖晶石砖的途径。
　　 关键词 水泥回转窑，MgO—CaO—ZrO2耐火材料，镁质铁铝尖晶石耐火材料

　　我国2009年水泥产量为16．3亿t，同比增长 17．9％。由于我国正处于大发展期，水泥需要量还会 不断增加，还需再建一些水泥回转窑，仅2009年水泥 制造业投资完成额就达1521亿元，同比增长57．7％。

　　 水泥回转窑的过渡带现在完全可以使用镁质镁 铝尖晶石砖取代镁铬砖。但这种砖在温度高的烧成 带却不适宜，因为砖中Al2O3易与水泥原料中CaO等 形成低熔物，挂不上窑皮。水泥回转窑烧成带中心火 焰温度在1700℃左右。窑衬热面温度随窑的转动 而发生周期性变化。挂上窑皮的窑壁在与水泥物料 层开始接触之前，窑壁温度最高，大致为1580℃，随 后窑壁把热量大量传给物料层，使窑壁温度下降200 ℃以上。若回转窑以1r·min-1的速度转动，则窑衬 每天要经受1400次温差为200℃以上的热应力作 用；同时，回转窑内衬耐火材料在高温下随筒体一起 转动，要承受炉料的磨损和冲击作用。

　　硅酸盐水泥的主要化学组成(ω)是：CaO约 65％，SiO2约22％；矿物相主要是2CaO·SiO2 (C2S)、 3CaO·SiO2 (C3S)与4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)。 耐火材料除受到这些物质侵蚀外，还会受到水泥原料 和燃料中带来的碱、硫酸盐和氯化物的侵蚀。而且， 若采用可燃性废物为燃料，则回转窑耐火材料所处环 境更为苛刻。如果烧成带耐火材料内衬挂上了一层 稳定性窑皮，耐火材料衬就能得到良好的保护，内衬 热面的实际温度就会比1580 ℃低得多，所受的物料 磨损与冲击以及温度的波动也就小得多，耐火材料衬 自然就能获得好的使用效果。因此，对水泥回转窑烧 成带耐火材料所要求的最重要性质就是要挂好具有 稳定性的窑皮。

　　 由于Cr2O3能提高镁质耐火材料的抗侵蚀性和抗热震性，降低热导率，并具有优良的挂窑皮性，因 此，我国水泥回转窑烧成带至今仍主要使用Cr2O3质 量分数在4％～12％的镁铬砖。但含Cr2O3耐火材料 在氧化性气氛或大量碱性氧化物如K2O、Na2O、CaO 等存在时，在一定温度下其三价铬(Cr3+)会转变为六 价铬(Cr6+)，而水泥回转窑的过渡带与烧成带恰好具 有使三价铬转变为六价铬的条件。六价铬是一种对 人类健康有严重危害的物质。由于六价铬化合物可 溶于水，也可以气相形式存在，故六价铬可以通过烟 气进入大气中，也会溶于水而污染水源。因此，一些 先进国家已对六价铬制订了严格的限制标准。 

　　在本文中，拟对水泥回转窑烧成带用无铬耐火材 料MgO-CaO—ZrO2与镁质铁铝尖晶石(MgO—FeO· Al2O3)材料进行一些分析与讨论。 

       1 MgO—CaO—ZrO2材料
　　烧成镁白云石(MgO-CaO)砖能抗碱性氧化物侵 蚀，不会被还原性气氛还原，还能挂上窑皮。但它存 在以下缺点：其中的游离CaO易水化，不宜存放；与水 泥窑内气氛中的CO2和SO3易反应生成CaCO3和 CaSO4，伴随较大体积效应而破坏砖的组织结构；当水 泥原料中氧化铁含量高时，氧化铁与镁白云石砖中 CaO形成低熔物而不易形成稳定的窑皮。而MgO—CaO—ZrO2砖既具有上述优点，又能克服上述缺点。 从图1所示MgO—CaO—ZrO2三元相图[1]可知，MgO—CaO—ZrO2系材料的低共熔温度E2与E3分别高达 1960、1990℃，说明MgO—CaO—ZrO2材料具有很好的耐火性能。而且，由于材料中的CaO部分或全部与 ZrO2生成了不会水化的CaO·ZrO2，因此，MgO—CaO—ZrO2材料也不存在水化的缺点。