淺析還原鐵回轉(zhuǎn)窯中高鋁磚的理化指標(biāo)及性能檢測(cè)

【摘 要】 本文概述了高鋁磚在還原鐵回轉(zhuǎn)窯中的應(yīng)用情況，系統(tǒng)論述了高鋁磚各項(xiàng)理化指標(biāo)及檢測(cè)方法。

【關(guān)鍵詞】 回轉(zhuǎn)窯 高鋁磚 理化指標(biāo)

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.04.015

1 概述

還原鐵球團(tuán)是在1120-1200℃的回轉(zhuǎn)窯中燒結(jié)還原的，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)效率高、燒結(jié)透徹、物料反應(yīng)充分。由于回轉(zhuǎn)窯筒體是由鋼材制成的，窯內(nèi)如不襯耐火材料是無(wú)法使用的，因?yàn)楦G的鋼制筒體的強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的提升而下降，尤其當(dāng)溫度大幅度波動(dòng)時(shí)，會(huì)使筒體變形，而無(wú)法繼續(xù)使用，所以要在窯內(nèi)鑲砌上高鋁磚來(lái)隔斷高溫?zé)霟Ｗo(hù)鋼制筒體結(jié)構(gòu)。

為了降低耐火材料消耗成本，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，一般企業(yè)會(huì)選擇價(jià)廉物美、生產(chǎn)原料資源豐富、儲(chǔ)量廣泛的LZ-65牌號(hào)普通高鋁磚。為提高窯的使用壽命，對(duì)購(gòu)買進(jìn)廠的每批磚都要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量進(jìn)廠檢驗(yàn)，因?yàn)椴捎觅|(zhì)量檢驗(yàn)合格的高鋁磚是回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)用久安的重要基礎(chǔ)。

2 LZ-65普通高鋁磚理化性能檢測(cè)

隨機(jī)在每批進(jìn)廠的LZ-65型普通高鋁磚中抽取6塊磚樣品，對(duì)表1中所列6種主要理化指標(biāo)，按GB/T 6900規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)[w（Al2O3）]

氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[w（Al2O3）]試驗(yàn)，按GB/T 6900的規(guī)定，采用乙酸鋅反滴定EDTA容量法進(jìn)行，按式（1）計(jì)算：

[w（Al2O）=c（V1-V2?K）/1000M2m1×100] （1）

式中：

[c]——EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的準(zhǔn)確數(shù)值（mo1/L）；

[V1]——加入EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的數(shù)值（mL）；

[V2]——回滴過(guò)量EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液所用乙酸鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的數(shù)值（mL）；

[K]——乙酸鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液換算成EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的系數(shù)；

[M]——AI2O3的摩爾質(zhì)量的數(shù)值（g/mo1）（M=101.96g/mo1）；

[m1]——試樣的質(zhì)量的數(shù)值（g）。

兩次氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算結(jié)果及期平均值見表1。

表1 氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（Al2O3）計(jì)算表

檢驗(yàn)結(jié)果：w（Al2O3）=67.16%>65%，符合GB/T 2988的規(guī)定。

氧化鋁是高溫?zé)Y(jié)生成莫來(lái)石的主要氧化物之一。莫來(lái)石是Al2O3-SiO2二元系中常壓下唯一穩(wěn)定存在的二元化合物，化學(xué)式為3Al2O3·2SiO2，其理論組成為Al2O371.8%，SiO228.2%，具有膨脹均勻、熱震穩(wěn)定性極好、荷重軟化點(diǎn)高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕性好等特點(diǎn)。經(jīng)檢測(cè)，該磚氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（Al2O3）=67.16%。因此，該磚為莫來(lái)石質(zhì)磚，主要是莫來(lái)石晶體，呈針狀，形成交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，少量玻璃相充填其間，組織結(jié)構(gòu)致密，能承受應(yīng)力、耐高溫、不易變形，具有良好的高溫強(qiáng)度。磚在窯內(nèi)使用時(shí)再次重?zé)a(chǎn)生二次莫來(lái)石，有利于提高熱穩(wěn)定性和耐壓強(qiáng)度，也促進(jìn)了荷重軟化開始溫度的提高，增強(qiáng)了承受窯爐荷重和操作過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力。在高溫下，不喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不發(fā)生軟化變形和坍塌，熱膨脹小，高溫下體積穩(wěn)定。

3.2 顯氣孔率[（Лa）]

顯氣孔率（Лa）是指：帶有氣孔的材料中所有開口氣孔的體積與其總體積之比，用%表示。

顯氣孔率（Лa）試驗(yàn)按GB/T 2997規(guī)定的方法進(jìn)行，其中試樣的浸漬按常規(guī)法，按式（2）計(jì)算：

[Лa（%）=m3-m1m3-m2×100] （2）

式中：[m1]——干燥試樣的質(zhì)量（g）；

[m2]——飽和試樣懸浮在水中的質(zhì)量（g）；

[m3]——飽和試樣在空氣中的質(zhì)量（g）。

檢驗(yàn)結(jié)果：顯氣孔率Лa=18.81%<24%，符合GB/T 2988的規(guī)定。

高鋁磚氣孔率有三種，包括顯氣孔率、閉氣孔率和真氣孔率。由于閉口氣孔的體積難以直接測(cè)定，因此，材料的氣孔率指標(biāo)常用開口氣孔率，即顯氣孔率來(lái)表示。氣孔率不僅反映高鋁磚致密程度，而且還反映其制造工藝是否合理，他幾乎影響高鋁磚的所有性能，尤其是強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、抗侵蝕性、抗熱震性等。一般來(lái)說(shuō)，氣孔率增大，強(qiáng)度降低，熱導(dǎo)率降低，抗侵蝕性降低。經(jīng)檢測(cè)試樣的顯氣孔率Лa=18.81%，氣孔率較低，因此，抗侵蝕性、抗熱震性強(qiáng)。

2.3 常溫耐壓強(qiáng)度σ

耐壓強(qiáng)度是衡量耐火材料質(zhì)量的重要性能指標(biāo)之一，常溫耐壓強(qiáng)度是指：耐火材料在常溫下，按規(guī)定條件加壓，發(fā)生破壞前單位面積上所能承受的極限壓力。

常溫耐壓強(qiáng)度σ試驗(yàn)按GB/T 5072的規(guī)定進(jìn)行，按式（3）計(jì)算：

[σ=FmaxA0] （3）

式中：

σ——常溫耐壓強(qiáng)度（MPa）；

[Fmax]——記錄的最大載荷（kN）；

[A0]——試樣受壓面初始截面積（mm2）。

檢驗(yàn)結(jié)果：常溫耐壓強(qiáng)度σ=77.02MPa>50MPa，符合GB/T 2988的規(guī)定。

高鋁磚的常溫耐壓強(qiáng)度是其組織結(jié)構(gòu)的參數(shù)，特別是其顯微結(jié)構(gòu)的敏感參數(shù)。而材料顯微結(jié)構(gòu)的形成受材料制備過(guò)程中各種工藝因素的制約，如原料的特征及配料比、顆粒大小和級(jí)配以及顆粒間的結(jié)合、成型方法和燒結(jié)狀態(tài)等，都對(duì)材料的顯微結(jié)構(gòu)有重要影響。而常溫耐壓強(qiáng)度是檢驗(yàn)現(xiàn)行工藝狀況的可靠方法。另外，通過(guò)材料的常溫耐壓強(qiáng)度可間接地評(píng)定其他力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣，良好的耐磨性和耐撞擊性等都與其有較高的常溫耐壓強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。因此，常溫耐壓強(qiáng)度是判斷制品質(zhì)量的重要指標(biāo)。經(jīng)檢測(cè)，該磚常溫耐壓強(qiáng)度σ=77.02MPa，遠(yuǎn)大于GB/T 2988規(guī)定的50MPa，而具有良好的力學(xué)性能、耐磨性和耐撞擊性等，因此，可提高窯內(nèi)襯抗磨和抗撞擊性，保證長(zhǎng)期使用。

2.4 0.2MPa荷重軟化開始溫度T0.6

荷重軟化溫度，又稱荷重變形溫度。

0.2MPa荷重軟化開始溫度是指：在0.2MPa荷重下，試樣從焙燒膨脹至最大值壓縮原試樣高度0.6%時(shí)的變形溫度，即T0.6，稱為荷重軟化開始溫度。0.2MPa荷重軟化開始溫度T0.6，試驗(yàn)按YB/T 370的規(guī)定進(jìn)行。

試驗(yàn)結(jié)果：T0.6=1690℃>1500℃，符合GB/T 2988的規(guī)定。

耐火材料的荷重軟化溫度，表征其在恒定荷重下，在高溫和荷重同時(shí)起作用的抵抗能力，是工程應(yīng)用中一項(xiàng)重要的高溫機(jī)械性能指標(biāo)。耐火材料荷重軟化溫度的高低，主要取決其化學(xué)、礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)。結(jié)晶相形成網(wǎng)絡(luò)骨架，材料的荷重軟化溫度就高。高鋁磚達(dá)到一定高溫后，就會(huì)因自重或應(yīng)力作用，即在高溫和應(yīng)力共同作用下，造成壓縮、軟化變形。變形適度能吸收應(yīng)力。可是超過(guò)一定限度后，就會(huì)損壞。GB/T 2988規(guī)定高鋁磚0.2MPa荷重軟化開始溫度最低限制為1500℃，表明高鋁磚的0.2MPa荷重軟化開始溫度，如低于1500℃，其高溫機(jī)械性能不能滿足需要，極易造成損壞。經(jīng)檢測(cè)，該高鋁磚0.2MPa荷重軟化開始溫度為1690℃，遠(yuǎn)大于1500℃，因此，具有良好的高溫機(jī)械性能，有利于提高窯的使用壽命。

2.5 加熱永久線變化Lc

加熱永久線變化：是指耐火材料在無(wú)外力作用下，加熱到規(guī)定溫度，保溫一定時(shí)間，冷卻到常溫后所殘留的線膨脹或收縮。這也是表征高溫體積穩(wěn)定性的一個(gè)方面，是耐火制品的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)。

加熱永久線變化Lc以試樣加熱前后長(zhǎng)度變化率計(jì)，數(shù)值以%表示。

加熱永久線變化Lc試驗(yàn)按GB 5988規(guī)定的體積法進(jìn)行，按式（4）和式（5）計(jì)算。

試樣的體積VB按式（4）計(jì)算：

[VB=m2-m1ρ] （4）

式中：

[m1]——飽和試樣懸浮在水中的質(zhì)量（g）；

[m2]——飽和試樣懸浮在空氣中的質(zhì)量（g）；

[ρ]——水的密度（g/cm3），ρ=1g/cm3。

1450℃×2h加熱永久線變化Lc按式（5）計(jì)算：

[Lc=13?V1-V0V0×100] （5）

式中：

[V1]——試樣加熱后的體積（cm3）；

[V0]——試樣加熱前的體積（cm3）。

檢驗(yàn)結(jié)果：加熱永久線變化Lc=0.04%，符合GB/T 2988的規(guī)定。

由于耐火制品在使用過(guò)程中，可能有進(jìn)一步燒結(jié)和物相的繼續(xù)變化，從而再次引起體積變化，產(chǎn)生加熱永久線變化——?dú)堄嗑€收縮或膨脹。殘余收縮過(guò)大，會(huì)造成窯襯砌體開裂甚至脫落；殘余膨脹過(guò)大，會(huì)形成較大的內(nèi)膨脹應(yīng)力致使襯磚損壞。經(jīng)檢測(cè)加熱永久線變化Lc=0.04%，符合GB/T 2988的規(guī)定，可有效的保證窯在使用過(guò)程中窯襯砌體的體積穩(wěn)定性和緊密性，整體性較強(qiáng)，減少了在使用過(guò)程中物料對(duì)磚縫的侵蝕。

2.6 抗熱震性

抗熱震性，指材料在承受急劇溫度變化時(shí)，評(píng)價(jià)其抗破損能力的重要指標(biāo)。

抗熱震性試驗(yàn)按YB/T 376.1的規(guī)定進(jìn)行，用受熱端面破損一半的急熱急冷循環(huán)次數(shù)表征其抗熱震性。

經(jīng)檢測(cè)，急熱急冷循環(huán)21次時(shí)，試樣受熱端面破損接近一半，在22次時(shí)，試樣受熱端面破損大于一半。

試驗(yàn)結(jié)果：急熱急冷循環(huán)次數(shù)=21次>15次，符合GB/T 2988的規(guī)定。

高鋁磚在低溫和中溫下是脆性材料，缺乏延性，在熱工設(shè)備使用中，常常受到急劇的溫度變化，導(dǎo)致?lián)p傷。抗熱震性是耐火材料重要的使用性能之一。熱抗震性經(jīng)檢測(cè)急熱急冷循環(huán)次數(shù)達(dá)21次，符合需方的要求。因此，熱抗振性能良好，在使用過(guò)程可避免掉皮、掉塊、剝落、坍塌等現(xiàn)象的發(fā)生，可保證回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)期使用。