由于鎂鉻磚在水泥回轉窯燒成帶高溫運轉過程中的鉻變價(在熱介質含鈣、鈉、鉀較多的情況下,Cr3+轉化為Cr6+的量急劇升高)帶來一系列的環(huán)境污染問題,水泥回轉窯燒成帶用直接結合鎂鉻磚已被鎂鈣磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鐵鋁尖晶石磚大范圍替代,鎂白云石磚易掛窯皮,但熱震穩(wěn)定性及抗水化性較差一直阻礙著其發(fā)展;鎂鋁尖晶石磚具有良好的抗侵蝕性與熱震穩(wěn)定性,但掛窯皮性能差導致使用周期不穩(wěn)定,一直止步于回轉窯的上下過渡帶;鎂鐵鋁尖晶石磚不但擁有良好掛窯皮性能,而且常溫及高溫性能尤其熱震穩(wěn)定性均優(yōu)于直接結合鎂鉻磚,適合大窯及新窯的苛刻要求,且使用壽命穩(wěn)定在10個月以上。
生產鎂鐵鋁尖晶石磚的一種重要原料是鐵鋁尖晶石,鐵鋁尖晶石是天然礦物,是由富含鐵的鋁土泥巖經(jīng)高溫變質而成,呈黑色晶體,硬度7.5,密度3.95~4.39g·cm-3。但自然的很少,通常以軋鋼皮和氧化鋁為原料,以燒結法和電熔法人工合成。早期電熔鐵鋁尖晶石以致密度高,顯氣孔率低,尖晶石化率高,易提高制品的體積密度,保證制品的質量,成為鐵鋁尖晶石磚生產的首選。但電熔料的成本較高,近年來隨著工藝的完善成熟,采用燒結法合成鐵鋁尖晶石推廣很快。本文通過對鐵鋁尖晶石電熔原料及燒結料合成的制品進行分析,找出兩種原材料合成制品的主要差別以及實際應用效果。1采用鐵鋁尖晶石電熔原料與燒結料生產的制品性能對比

生產磚分A級和B級,A級采用的是電熔鐵鋁尖晶石生產(下同),B級采用燒結鐵鋁尖晶石原料直接替換同等重量的電熔鐵鋁尖晶石原料生產(下同),A級和B級中高純鎂砂等其它原料加入量與粒度比例均不變,采用亞硫酸紙漿廢液做結合劑,在2000t雙模腔的LS自動液壓機上成型,110℃干燥器中干燥超過12h,高溫隧道窯內1650℃保溫4.5h燒成。
圖1燒后A級鎂鐵鋁生產磚(左列)與B級鎂鐵鋁生產磚(左列)出窯后照片無論從外觀,還是燒后尺寸變化,A級和B級生產磚的區(qū)別不大,且難以分辨。A級鎂鐵鋁尖晶石磚與B級鎂鐵鋁尖晶石磚性能指標對比如表2所示。通過常規(guī)性能對比可發(fā)現(xiàn)B級鐵鋁尖晶石制品相比A級體積密度、常溫耐壓強度有小幅降低,顯氣孔率有小幅增大。荷重軟化溫度及抗熱震性相當,化學成分無明顯差別。這是因為燒結鐵鋁尖晶石相對電熔原料的體積密度小,顯氣孔率大,直接影響了制品的體積密度與顯氣孔率和耐壓強度。由于差別幅度很小,B級鐵鋁尖晶石制品完全可滿足大型水泥回轉窯燒成帶的施工及使用要求。
表2A級鎂鐵鋁尖晶石磚與B級鎂鐵鋁尖晶石磚性能指標對比表
將A級與B級鎂鐵鋁尖晶石磚切成80mm×80mm×65mm的樣塊各2塊(為一組)。按新取的水泥生料:窯皮=7:3的比例混合均勻(粒度≤0.088mm),采用三明治法將混合料作為夾層平鋪到每組樣塊中間,加入量為30g每組。將裝好混合料的樣塊放入重燒爐里在1500℃下保溫360min。涼后取出分開,觀察夾層面,見圖3和圖4。

圖2A級鎂鐵鋁尖晶石磚掛窯皮實驗(左為下部磚樣,右為上部磚樣)

圖3B級鎂鐵鋁尖晶石磚掛窯皮實驗(左為下部磚樣,右為上部磚樣)
從掛窯皮試驗分開后的試樣看,無論A級還是B級鎂鐵鋁尖晶石磚均容易掛上窯皮,從上部磚樣粘連窯皮的量可看出B級鎂鐵鋁尖晶石磚相對A級掛的稍多一些,粘連也更加牢固一些。由于A級和B級鎂鐵鋁尖晶石磚的化學成分無明顯差別,B級鎂鐵鋁尖晶石磚顯氣孔率大,粉料滲透于磚體表層量大,表層更易反應形成牢固的窯皮。將A級與B級鎂鐵鋁尖晶石磚批量標記后同砌筑在日產5000t的水泥窯燒成帶上,累計運行了11個半月,水泥廠停窯大修時,220mm長的A級與B級鎂鐵鋁尖晶石的殘磚還有140~160mm,末端100mm以內的強度仍較高,磨損及剝落區(qū)相對較均勻,對比A級與B級鎂鐵鋁尖晶石制品的殘磚發(fā)現(xiàn)磨損量很接近,區(qū)別不大,可推測二者使用周期很接近,無較大差距。
鐵鋁尖晶石燒結原料相對電熔料生產出來的鎂鐵鋁尖晶石磚雖然體積密度,常溫耐壓強度略有降低,顯氣孔率略有增大,但熱震穩(wěn)定性及荷重軟化溫度仍較好,且更易掛窯皮,完全能滿足施工及使用要求,使用壽命與電熔料合成的制品差別不大,是一種性價比較高的原料。