篦冷機(jī)矮墻用耐火澆注料的試驗(yàn)研究

張夢真李　平河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（45000）河南省冶金研究所有限責(zé)任公司（450000）

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篦冷機(jī)矮墻用耐火澆注料的試驗(yàn)研究

張夢真1李平2
1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省冶金研究所有限責(zé)任公司（450000）

摘要:這里針對干法水泥燒成系統(tǒng)中篦冷機(jī)矮墻部位的工況條件及其對耐火材料的性能要求，以棕剛玉、高鋁礬土為骨料，通過改變結(jié)合劑的種類和加入量，研究了它們對澆注料性能（氣孔率、體積密度、燒成線變化、力學(xué)強(qiáng)度）的影響。

關(guān)鍵詞:篦冷機(jī)矮墻；骨料；結(jié)合劑；添加劑；性能

0前言

篦冷機(jī)是水泥燒成系統(tǒng)的重要組成部分，其功能是對高溫熟料進(jìn)行冷卻、輸送，同時(shí)也對熱量進(jìn)行回收。作為水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，篦冷機(jī)的工作狀況一直是人們研究和改善的重點(diǎn)[1]。篦冷機(jī)前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高，變化較大。前端兩側(cè)矮墻長期受到通過窯口下來的高溫熟料的磨損，也承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的破壞。結(jié)合篦冷機(jī)前端頂部的運(yùn)行特點(diǎn)，適合采用高溫性能比較好、抗熱震穩(wěn)定性比較強(qiáng)、具有耐磨等特點(diǎn)的高強(qiáng)耐磨澆注料。

近年來，新型干法水泥窯篦冷機(jī)工況條件越來越苛刻。篦冷機(jī)長期受到熟料顆粒沖刷、侵蝕，磨損嚴(yán)重，使用周期短，因此，將澆注料中加入耐高溫鋼纖維和耐磨材料來改善其性能，延長其壽命，但不能從根本上改變這一狀況。當(dāng)篦冷機(jī)設(shè)備需要對篦床盲板部件進(jìn)行檢修更換時(shí)，即使矮墻澆注料再好，也必須打掉清出檢修空間，從而增加了維修費(fèi)用[2]。所以，對篦冷機(jī)矮墻用耐磨澆注料進(jìn)行研究仍然很有必要。

1試驗(yàn)配方

篦冷機(jī)前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高，變化較大。前端兩側(cè)矮墻長期受到通過窯口下來的高溫熟料的磨損，也承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力破壞。本試驗(yàn)主要在原篦冷機(jī)矮墻用高強(qiáng)耐磨澆注料的基礎(chǔ)上通過改變結(jié)合劑種類、加入適量添加劑來改進(jìn)篦冷機(jī)矮墻用耐磨澆注料的性能。

本試驗(yàn)采用顆粒大小為8～5 mm和5～3 mm的特級礬土，3～1 mm和1～0 mm的棕剛玉，200目和320目的一級礬土粉；鋁微粉（Uf-Al2O3，<5 um）和硅微粉（Uf-SiO2，<2 um）為基本成分，并固定它們的用量分別為3%和6%。使用P3和P6作為復(fù)合減水劑，成型加水量根據(jù)需求確定。

在本試驗(yàn)研究中，綜合考慮結(jié)合劑的性能及成本因素，擬選用電熔925#水泥和磷酸二氫鋁兩種結(jié)合劑進(jìn)行試驗(yàn)。首先分別單獨(dú)使用它們，然后再復(fù)合使用它們。此外，選用固體水玻璃作為添加劑，與電熔925#水泥進(jìn)行配合試驗(yàn)。各系列的配方設(shè)計(jì)分別如表1～4所示。

表1系列試驗(yàn)配方:以電熔925#水泥作為結(jié)合劑

表2系列實(shí)驗(yàn)配方:以磷酸二氫鋁作為結(jié)合劑

表3系列實(shí)驗(yàn)配方:以電熔925#水泥和磷酸二氫鋁作為復(fù)合結(jié)合劑

表4系列實(shí)驗(yàn)配方:使用固體水玻璃作為添加劑

2試驗(yàn)步驟

1）試樣制備

選定樣品總量為2 400 g（正好填滿一個模具）,使用合適的骨料和粉料質(zhì)量配比，結(jié)合劑、添加劑和水采用外加方式。按配方配制混合料，在攪拌機(jī)內(nèi)干混30 s，在30 s內(nèi)均勻加水，攪拌2 min后，將澆注料裝入試模，于振動臺上振動成型,自然養(yǎng)護(hù)24 h后脫模。試樣在烘干（110℃，24 h）和不同溫度的熱處理后,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對試樣的性能進(jìn)行測試。

2）試樣的成型、養(yǎng)護(hù)和烘干按標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5202進(jìn)行[3]。

3）試樣熱處理

試樣的焙燒按YB/T 5203進(jìn)行,并隨爐冷卻至室溫。將冷卻后的試樣放入電熱爐內(nèi)，調(diào)節(jié)合適的電流大小開始加熱,溫度升至指定800~1 200℃，保溫3 h，關(guān)閉電熱爐，待爐溫降至150℃以下時(shí)取出試樣,冷卻后檢測各項(xiàng)性能。試樣經(jīng)烘干和焙燒后，放入干燥器中，從冷卻到實(shí)驗(yàn)的時(shí)間間隔不得超過3 d。

4）性能測試

①氣孔率和體積密度:按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2997-2000進(jìn)行測定。氣孔率即顯氣孔率B，是指試樣中的開口氣孔總體積占試樣總體積的百分比。體積密度d是指試樣烘干后的質(zhì)量與其總體積之比。按下式計(jì)算氣孔率和體積密度。

式中:m1——干燥時(shí)樣的質(zhì)量；m2——飽和試樣的表觀質(zhì)量；m3——飽和試樣在空氣中的質(zhì)量。

②燒成線變化率測定:燒成線變化率是指試樣在規(guī)定的溫度下加熱一定時(shí)間后的長度不可逆變化量與加熱前其長度之比，以百分率表示。分別用游標(biāo)卡尺測量樣品燒成前后（冷卻至室溫）的尺寸(取平均值)并記錄，燒成溫度為800~1 200℃，時(shí)間各為24 h，按下式計(jì)算試樣的燒成線變化。

式中:l1——樣品燒成前的長度，mm；l2——冷卻后的長度，mm。

③強(qiáng)度指標(biāo)測試:抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度。高溫抗折強(qiáng)度的測定,選定溫度對其進(jìn)行煅燒，燒后對試樣用三點(diǎn)法測定,實(shí)驗(yàn)在抗折儀上進(jìn)行，然后根據(jù)以下公式計(jì)算抗折強(qiáng)度:

其中，R為抗折強(qiáng)度（Pa），W為斷裂時(shí)施加的最大荷重（N），l為兩支點(diǎn)間的距離（mm），b為試樣的寬度（mm），d為試樣的厚度（mm）。每組配方選擇三塊試樣，求其平均值。

常溫抗壓強(qiáng)度測定:用經(jīng)過高溫抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的試樣，將其放在耐壓磨具內(nèi)，然后將磨具放在壓機(jī)上進(jìn)行測試，最后根據(jù)公式計(jì)算。計(jì)算材料單位面積所能受的最大壓力。

5）試驗(yàn)儀器和設(shè)備

游標(biāo)卡尺（分度值為0.02 mm）、常溫電動抗折儀、高溫實(shí)驗(yàn)電爐、膠砂攪拌機(jī)、顯氣孔率體積密度測定儀、托盤天平、電熱恒溫干燥箱、抗折抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)、振動臺、金剛砂片切割機(jī)、160 mm40 mm40 mm三聯(lián)模具。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本試驗(yàn)不同條件下處理后的試樣性能測定結(jié)果見表5至表7。

4結(jié)論

1）單獨(dú)以水泥或磷酸二氫鋁作為結(jié)合劑的試樣,其綜合性能優(yōu)于復(fù)合使用這兩種結(jié)合劑的試樣。單獨(dú)用水泥結(jié)合劑的試樣其整體性能又優(yōu)于單獨(dú)用磷酸二氫鋁的試樣。

2）作為添加劑用的固體水玻璃，在單獨(dú)用水泥結(jié)合劑試樣中添加并不能改善澆注料的性能，甚至使?jié)沧⒘铣尚托杷吭黾?、流動性降低，從而對澆注料性能產(chǎn)生了明顯的消極影響。

參考文獻(xiàn):

[1]徐平坤,魏國釗.耐火材料新工藝技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社,2004: 437.

[2]陳晶,劉德慶,陳全德.論第三代篦冷機(jī)技術(shù)與現(xiàn)有篦冷機(jī)的技術(shù)改進(jìn)(一)[J].中國建材裝備,1997(9):18- 21.

[3]全國耐火材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第五編輯室編.耐火材料標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

表5 110℃×24 h烘干試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表6 1 200℃×3 h處理試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表7 800℃×3 h處理試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄