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废电瓷制备水泥窑用低铝莫来石砖替代硅莫砖

近年来,我国新型干法水泥设备逐步向大型化发展,生产能力及燃料燃烧效率的提高使整个回转窑系统的温度有了很大的提升。由于温度的提高,传统配置的普通耐碱砖已无法满足低温区工作层对耐火材料的要求。目前,我国新型干法水泥回转窑预热分解带耐火材料主要配置硅莫砖,虽然能够满足生产需求,但是水泥回转窑预热分解带碱含量高,耐硅莫砖中氧化铝含量高,对抗碱性能力不足,易发生碱裂现象,影响使用寿命,此外,硅莫砖全部全用一级或者特级矾土,并加入10%~25%的SiC,生产成本高,其较高的导热系数使得水泥窑燃料吨耗升高,造成能源浪费。因此,无论是从水泥熟料能耗降低还是耐火材料资源节约等方向考虑,急需利用资源替代技术开发一种应用于水泥回转窑预热分解带、具有优良的耐碱蚀性及耐高温性的新型铝硅质耐碱砖以替代硅莫砖。
工业废旧电瓷长期以来被作为工业垃圾处理,随着陶瓷工业的发展,废电瓷的数量日益增长,如何合理开发利用这些废弃高压电瓷,具有很大的现实意义。本文主要进行利用工业废电瓷及合成低铝莫来石制备低铝耐碱莫来石砖的研制试验,旨在研制适用于水泥窑低温到高温过渡区的新型耐碱砖,同时利用工业废弃物以促进资源合理利用。
1试验
1.1试样制备
以低铝莫来石、高压电瓷、黏土为主要原料,纸浆废液为结合剂(其密度为1.25g.cm3)。先将颗粒料加入湿碾机干混2min,加入3%的纸浆结合剂,混炼5min,加入细粉混炼10min出料,困料6h,经315t摩擦压砖机成型,干燥后装入高温隧道窑中于1400℃烧成。
1.2性能测试
按照GB/T2997-2000(2004)对试样体积密度及显气孔率进行测定;按照YB/T370—1995测定试样荷重软化温度;按照GB/T5072—2008测定试样常温耐压强度;按照YB/T376.1-1995检测试样的抗热震性;按照YB/T4130-2005检测试样的导热系数;按照G/T14983—2008对烧结试样进行耐碱性测试;用QUANTAFEG250型扫描电镜和S8TIGER型X射线衍射仪分析原料的显微结构与物相组成。
2试验原料
2.1低铝莫来石
低铝莫来石的XRD图谱和显微结构如图I和图2所示。由图1可以看出低铝莫来石原料以莫来石为主品相;由图2可以看出,莫来石结构发育良好,互相穿插构成网状结构,能够为低铝莫来石砖提供框架支撑,使其具有良好的高温力学性能表现出良好的抗热震性。低铝莫来石中的玻璃相能够阻碍碱性物质与莫来石形成霞石的反应,在形成霞石膨胀的情况下,玻璃相能够缓冲材料的膨胀,避免碱裂的出现,使烧成制品具有良好的耐碱性,莫来石相与玻璃相两种材料的组合实现了优势互补,形成晶相与非晶相相互阻断的结构形式,能够降低烧成制品的导热率。
2.2高压电瓷
高压电瓷的XRD图谱和显微结构如图3和图4所示。由图3可以看出,高压电瓷的主晶相为刚玉、莫来石和石英。根据XRD图谱进行半定量分析,相应的晶相和玻璃相含量结果见表3。可以看出,高压电瓷中玻璃相的含量占主导,除玻璃相以外,晶相含量从高到低依次为刚玉、莫来石和石英。由图4可以看出电瓷的玻璃相中分布着大小形貌不同的气孔,气孔尺寸约为5~10um。
3结论与讨论
3.1高压电瓷加入量对低铝莫来石砖性能的影响
高压电瓷加入量对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、荷重软化温度的影响如图5所示。由图5可知,随着高压废电瓷加入量的增加,试样体积密度不断增大,显气孔率逐渐降低,这主要是因为废电瓷加入量的增加能够促使液相烧结更加充分,液相量的增加使液相的表面张力增大,液相不断填充部分气孔,试样的致密化程度增加。但当废电瓷加入量大于60%时,体积密度有下降趋势。随着废电瓷的加入量增加,试样荷重软化温度逐渐降低。当废电瓷加入量为50%时,试样的常温耐压强度达到最高,这主要是因为废电瓷促进液相量增加的同时促进了莫来石的生长和更多莫来石的析出,莫来石相的生长对试样的强度起到支撑作用。但随着废电瓷的过量加入,试样的耐压强度则下降。
3.2低铝莫来石砖与硅莫砖物理性能比较
低铝莫来石砖与硅莫砖的理化性能指标对比见表4。从表4可以看出,与普通硅莫砖相比,低铝耐碱莫来石砖体积密度低,比相同数量的硅莫砖重量减轻15%,能大大减轻窑体负荷,实现窑炉轻型化。同时低铝耐碱莫来石砖导热系数低,能够减少筒体散热损失,起到节能降耗的作用。此外,低铝耐碱莫来石砖耐碱性优良,热震稳定性与荷重软化温度满足水泥窑预热分解带使用要求,因此完全可以替代硅莫砖应用于水泥窑预热分解带。
4结论
(1)以低铝莫来石和高压废电瓷为主要原料制成低铝莫来石砖,铝含量小于42%,具有良好的耐碱性、较低的导热系数与体积密度、较好的抗热震性。完全可替代普通硅莫砖应用于水泥窑预热分解带,减轻了水泥窑体负荷,实现了窑炉的轻型化,具有良好的节能降耗作用。
(2)随电废瓷加入量的增加,低铝莫来石砖体积密度不断增大,荷重软化温度逐渐降低,因此废电瓷的合理加入量为≤50%。废电瓷的使用促进了资源的合理利用,达到了节能环保的目的。
参考文献:
[1]张巍.水泥窑用耐火材料的研究进展
[2]王杰曾、袁林、成洁.水泥窑用无铬碱性耐火材料的研究进展
[3]高长贺、夏文斌、马淑龙等.新型干法水泥窑无铬化配套技术的研究与应用
[4]刘振英、姚峰.水泥窑用特种硅莫砖的研制及应用
[5]徐平坤.硅莫砖的研究
[6]杨曾玲.高压电瓷的生产工艺及污染种类和解决措施
[7]徐娜娜、李淑静、李远兵.利用低压电瓷废料制备轻质骨料的研究
[8]汪雷、李淑静、董舜杰.黏土加入量对废高压电瓷制备莫来石轻质砖性能的影响


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