钙稳定氧化锆的加入对水泥窑用镁钙锆砖性能的影响.pdf

No.5Vol.4826REFRACTORIES&LIME0ct.2023巧稳定氧化的加入对水泥窑用镁钙砖性能的影口历彦平1戴晨晨2王娅丽3（1.辽宁中镁高温材料有限公司，营口115100;2.营口理工学院，营口11510 0；3.辽宁青花耐火材料股份有限公司，营口115100)摘要：镁钙砖在水泥窑烧成带上使用时具有良好的挂窑皮性能，但是在停窑检修或突然升降温时，镁钙砖和窑皮之间容易出现开裂及剥落现象，影响其使用寿命。而以镁钙砂、高纯镁砂为主要原料，并加入钙稳定氧化锆，通过破碎、筛分、配料、混料等工艺由液压机在2 50 0 1的压力下压制成镁钙锆砖坏，且在158 0 下于隧道窑中烧成，制得了镁钙锆砖。由于在配料中加入了钙稳定氧化锆，提高了镁钙锆砖的常温性能、抗水化性及热震稳定性，也提高了镁钙锆砖挂窑皮的稳定性。试验表明：当钙稳定氧化锆加入量为3%时，其性能最佳。关键词：钙稳定氧化锆；镁钙锆砖；水泥窑；性能中图分类号：TQ175.731文献标识码：A文章编号：16 7 3-7 7 9 2（2 0 2 3）0 5-0 0 2 6-0 3Effect of calcium-stabilized zirconium oxide on the performance ofMgO-CaO-ZrO,bricks in cement kilnLi YanpingDai Chenchen?Wang Yali3(1.Liaoning Zhongmei High Temperature Material Co.,Ltd.,Yingkou 115100,China;2.Yingkou Institute of Technology,Yingkou 115100,China;3.Liaoning Qinghua Refractory Co.,Ltd.,Yingkou 115100,China)Abstract:Magnesium and calcium brick has good performance of coat adhesion performance whenused on the cement kiln combustion zone,but when the kiln is stopped for maintenance or thetemperature rises and falls suddenly,cracks and spalling are easy to occur between the MgO-Ca0brick and the kiln crust,affecting its service life.MgO-CaO-ZrO,bricks are prepared by takingMgO-CaO clinker and high purity magnesia as the main raw materials,adding calcium stabilizedzirconia,pressing magnesium calcium zirconium bricks by hydraulic press under the pressure of2 500 t through crushing,screening,batching,mixing and other processes,and firing them intunnel kiln at 1 580 .Because calcium-stabilized zirconia is added to the ingredients,thenormal temperature performance,hydration resistance and thermal shock stability of MgO-CaO-ZrO,bricks are improved,and the stability of coat adhesion performance of MgO-CaO-ZrO,bricksis also improved.The test shows that when the addition of calcium stabilized zirconia is 3%,itsperformance is the best.Key words:Calcium-stabilized zirconia;MgO-CaO-ZrO,brick;Cement kiln;Property在我国全面推行水泥窑用砖无铬化之前，镁铬砖因其热导率低，抗水泥熟料侵蚀性好等优点，一直被作为水泥窑烧成带和过渡带用耐火砖的首选。随着国家大力推行环境保护政策，镁铬收稿日期：2 0 2 2-0 7-10作者简介：历彦平（19 8 3-），男，工程师砖因其在使用过程中产生的六价铬会对环境造成严重的污染12，因而国家禁止使用。针对水泥窑用砖的无铬化，国内外厂家先后开发出了镁铝尖晶石砖、镁铁尖晶石砖、铁铝尖晶石砖及镁钙砖等。第48 卷第5期27耐火与石灰2023年10 月镁钙砖在水泥窑中使用时，因其富含的f-CaO会与水泥熟料中的C,S反应生成稳定性较高的C,S，有助于挂上稳定的窑皮3。其在运转率较高的水泥回转窑中使用时具有成本低、寿命高等特点。但是传统的镁钙砖热震稳定性较差，在水泥窑中使用时面临停窑检修或突然升降温等变化时，镁钙砖和窑皮之间容易出现开裂及剥落现象，影响其使用寿命。在制砖配料中加人钙稳定氧化锆所制得的镁钙锆砖具有优良的常温性能、抗水化性及热震稳定性，同时也能提高挂窑皮的稳定性。在本研究工作中，通过在制砖配料中加入不同比例的钙稳定氧化锆，观察其各种性能的变化。1试验1.1原料试验用原料采用55镁钙砂、9 7 高纯镁砂、钙稳定氧化锆。3种原料的理化指标如表1所列，表1原料理化指标项目97高纯镁砂55镁钙砂钙稳定氧化锆Mg0/%9742CaO/%1.0M553.5Z（Si0,+A l,0,+Fe,0,)%1.51.5ZrO,/%95Si0,/%0.2体积密度/（gcm)3.253.251.2试样制备钙稳定氧化锆的市场价格一般在40 0 0 0 60000元/t之间浮动。考虑到其成本较高，本着实用性的原则，共计制定了5种钙稳定氧化锆的加入比例方案，即1%5%。如果钙稳定氧化锆加人比例超过5%，每吨耐火砖的材料成本将上涨2 50 0元以上，这样的产品在市场上没有竞争优势。几种方案的材料配比列于表2。表2各种方案的材料配比%材料名称YO配比Y1配比Y2配比Y3配比Y4配比Y5配比55镁钙砂60606060606097高纯镁砂403938373635钙稳定氧化锆012345以上各方案的试验材料，按照表2 所列的比例，以一定的粒度配比进行配料，以石蜡为结合剂进行混料，再用2 50 0 t的压力机压制成2 30 mm114mm65mm的坏体，经110 m高温隧道窑在158 0 下烧成得到成品砖。按照GB/T29972015、G B/T 50 7 2 2 0 0 8 检测每个方案试样砖的体积密度、显气孔率和常温耐压强度。取各方案的试样砖，制作56 mm64mm64mm的样块，每个方案的样块制作6 块。称取水泥生料若干，加人适量丙三醇调匀至胶泥状4)，将胶泥状料均匀涂抹到各样块6 4mm64mm的断面上，将粘结好的试样垂直放置送人高温炉内，将高温炉温度逐步升至1450，保温5h后停止加热，焖炉自然降温，待炉内温度降至2 0 0 以下时打开炉门，自然降至室温，这样就得到每个方案的粘结好的试样各3块，此时试样尺寸约为114mm64mm64mm。按照GB/T30873一2 0 14的方法对试样进行热震稳定性检测，通过检测得到水泥熟料与试样粘结处的损坏次数，此数据可相对直观地反映出窑皮稳定性。2试样检测结果分析与讨论试样的各项物理指标检测结果如表3所列。可以看出，随着钙稳定氧化锆加人比例的递增，从总体趋势上看显气孔率有小幅变小，体积密度有小幅增加，常温耐压强度也在逐步地降低，但降低幅度较为明显。另外，ZrO,会和镁钙砂中的CaO反应生成CaZrO，（锆酸钙），产生体积膨胀。锆酸钙在整个镁钙锆砖中呈岛状结构分布，在其周围发生的体积膨胀会使微裂纹产生，进而提高了镁钙锆砖的热震稳定性。随着钙稳定氧化锆加人比例的增加，用水泥熟料粘结试样的热震稳定性也在增加，Y3试样热震稳定性平均可达3次，而Y4及Y5试样的热震稳定性虽然也在增加，但是趋势明显放缓，增加幅度不大。通过以上数据分析，Y3试样综合性能良好，即钙稳定氧化锆加入比例为3%时，此配料方案最佳。对Y3试样SEM分析如图1所示。从图1可以看出，ZrO,在镁钙锆砖中呈岛状分布，ZrO,与MgO及CaO颗粒接触的边界上存在明显的微裂纹，这种微裂纹是由CaZrO生成时发生的体积膨胀造成的，正是因为这种岛状结构及微裂纹的不均匀分布才提升了镁钙锆砖的热震稳定性。编辑李连洲上接第2 5页编辑李连洲No.5Vol.4828REFRACTORIES&LIME0ct.2023表3试样的物理指标检测项目YO试样Y1试样Y2试样Y3试样 Y4试样Y5试样检测项目YO试样Y1试样Y2试样Y3试样Y4试样Y5试样11.510.910.110.39.89.3919183735954常温耐压强度显气孔率1%11.911.110.710.79.69.7878778856849/MPa11.411.311.09.910.49.58888757166613.033.103.133.133.163.21011434热震稳定性体积密度/3.073.083.103.113.183.19（9 50,风冷）003255(gcm)/次3.053.083.093.163.123.19021333CaoMaomagWDtitdet2.mm100.x8.5mmBSEDInspect(a)100MaonagWDtitdet408.5m-0BSEDnspoec(b）40 0图1Y3试样的SEM图片 5 J CAMPOSK S,LENZ E SILVA GFB,NUNES EHM,et al.Theinfluence of B,C and MgB additions on the behavior of MgO-CbricksJJ.Ceramics International,2012,38（7):56 6 1-56 6 7.【6 贾成厂，李汶霞，郭志猛，等.陶瓷基复合材料导论M.北京：冶金工业出版社，19 9 8：6 2.7 王玉龙，王玺堂，王周福，等改性焦对Al,O,-SiC-C铁沟浇注料性能的影响J.耐火材料，2 0 19，53（4）：30 2-30 7.8 J LAVRENKO V A,GOCOTSI YU G.Influence of oxidation onthe composition and structure of the surface layer of hot-pressedboron carbideJ.Oxidation of Metals,1988,29（3/4）:19 3-202.9JGOGOTSI GA,GROUSHEVSKY YA L,DASHEVSKAYA OB,3结论（1）在制砖配料中加人钙稳定氧化锆可以改善镁钙锆砖的综合性能，主要表现为气孔率降低、体积密度增大及热震稳定性提高（2）数据分析表明，钙稳定氧化锆加人量为3%时，镁钙锆砖的各项性能指标优良，此配料方案最佳。参考文献【1王维邦耐火材料工艺学M北京：冶金工业出版社，19 9 4:157-163.【2 钱忠俊，朱伯铨水泥回转窑用碱性耐火材料的无铬化J武汉科技大学学报：自然科学版，2 0 0 2，2 5（1）：16-18.3陈友德。预分解窑用碱性耐火衬料的发展动向与趋势J耐火材料，2 0 0 0，34（2）：8-13.【4】周伟，岳月红.新型干法水泥窑高温带用无铬砖的研制及应用J中国水泥，2 0 11：116 5-116 7.et al.Complex investigation of hot pressed boron carbideJJ.Journalof the Less Common Metals,1986,117（1-2）:2 2 5-2 30.【10 代黎明，肖国庆，丁冬海。含碳耐火材料防氧化技术综述J.材料导报，2 0 2 1，35（3）：30 57-30 6 6.11曹亚平，郡文，李楠。Si-SiC复合粉添加量对低碳镁碳耐火材料性能的影响J.耐火材料，2 0 16，50（3）：17 0-17 3.12 李楠，顾华志，赵惠忠.耐火材料学M.北京：冶金工业出版社，2 0 10：2 50.13乔婉，聂建华，邱文冬，等.硅粉对硅溶胶结合Al,O,-SiC-C浇注料性能的影响J.耐火材料，2 0 14，48（5）：331-334.