??? 水泥旋窯燒成系統設備內耐火磚在長期生產中要受到損壞，襯體垮塌和抽簽掉磚現象時有發生，大窯作業率低，停窯檢修頻繁，加上隨著產量的增加、窯速的加快、窯徑的增大、窯內物流量的加大，上述現象的發生嚴重制約了生產的發展。就窯襯而言，它的組成是諸多個單元組合而形成，其損毀機理原因是多方面的，歸納起來有以下幾個主要方面：

??? 1、窯筒體橢圓度及局部變形對襯磚的壓應力襯磚在窯內受窯體斷面橢圓度引起的壓應力，壓應力隨筒體橢圓度、襯磚厚度、磚的壓縮彈性模量增加而增大，隨窯徑增大而減小。

??? 在回轉窯生產過程中，窯型的不同，產品各異，但料漿中多數含有一定濃度的氧化鈉、氟化物和硫化物，在高溫時，產生堿蒸氣和其他化學侵蝕性氣體。尤其是堿性氣體對窯襯有較強的侵蝕性，當堿金屬（鈉鹽）在砌體或澆注料中富集后，使襯體疏松、膨脹，強度明顯下降以及耐火磚起皮剝落，加速了磨損和損毀。同時操作不當等因素造成筒體局部變形，使該部位的筒體橢圓度和筒體半徑發生較大變化，使壓力增加而損壞磚襯。此外，局部變形較大時，襯磚難以砌筑，若膠泥的粘結強度較低或高溫粘結強度不夠時，該部位襯體易垮磚、掉磚，易變形的部位主要有燒成帶和過渡帶等高溫部位輪帶下的筒體。

??? 2、磚塊是沿筒體呈輻射狀均勻有序排列的，每個磚縫都向筒體中心形成一定的夾角，使之受力均勻，但當筒體熱態停窯或筒體過熱產生變形時，就破壞了窯襯的幾何結構，影響了襯體的穩定性。與此同時，由于筒體變形傳動齒輪嚙合不好，運行時產生扭曲和震動，使窯襯受到機械性損害。如窯襯是干砌的，一旦發生抽簽或掉磚則會引起連鎖反應。

??? 3、高溫直墻襯體受熱膨脹倒塌。在生產時，由于襯磚和金屬外殼之間的溫度差別較大，形成不相等的膨脹，相互之間很難結合在一起。同時襯磚的磚縫也因襯磚熱膨脹出現松動而有縫隙。高溫熱氣流透過縫隙接觸金屬外殼，因此接觸到熱氣流的部分金屬外殼則膨脹向外鼓出。同時，高溫氣流內的粉塵沉積在該空隙內，迫使襯體向內傾斜。在生產的過程中這一現象反復加劇，當襯墻傾斜到一定位置則出現倒塌。直墻倒塌與該部位的溫度有關，溫度愈高倒塌愈嚴重。該現象不僅出現在預熱分解窯的窯尾預熱器分解爐、三次風管沉塵室、窯門罩、篦冷機直墻上，也出現于立波爾窯加熱機的熱室直墻，余熱鍋爐的進料煙室以及濕法和其他窯型窯門和冷卻機的直墻上。

??? 4、設備設計對襯體砌筑考慮不周。單筒冷卻機火磚與揚料板混合部位；濕法窯鏈條帶。濕法窯鏈條掛腳設計不合理，砌襯困難，也易引起掉磚。

??? 5、窯襯在局部檢修時，新舊襯體交接而不規則出現掉磚，換磚時一般僅更換損壞嚴重的部位，但保留的磚已經磨損，新舊二種磚的交接面不一致，相互連接較為困難，該部位襯磚生產受熱時，容易出現漲裂掉磚。若周邊的襯磚粘結不強，易出現垮磚。此現象在國內一些仍采用錯砌的老式回轉窯上尤為突出。

??? 6、耐火材料質量優劣，與選材和使用不當與窯襯使用周期長短有直接關系。但有些廠家卻忽視了耐火材料的質量檢查驗收。一些氣孔率高、抗壓強度低、線變化率大，尤其是欠燒的高鋁磚等，雖然Al2O3含量很高，但機械強度和耐磨性由于中溫時會產生膨脹，高溫時又出現重燒收縮，致使其機械強度和耐磨性能劣化。目前很多廠家使用傳統的耐火泥或粘接強度欠佳的材料砌筑。雖然價格便宜，但早已不適應現代具有高溫高產窯速快特點的懸浮預熱和預分解窯（NSP窯），懸浮預熱器窯（SP窯）及其他窯種的需要。由于耐火泥屬于高溫燒結性材料，在低于1300℃條件下是沒有什么強度的，只不過是填充物，即使在1400℃時，因窯內壁與外壁的溫度梯度關系，也不可能使整個窯襯厚度都被燒結，其強度不足磚的1/4。粘結強度只有零點幾個MPa。因此，在高溫條件下會粉化流失，使磚塊松動抽簽掉磚。磷酸泥漿是以磷酸作膠結劑，幾乎不含生粘土，450℃以上產生較高強度，比耐火泥好得多，但往往因困料時間不足和其它原因，強度明顯下降，加上流淌、粘膩影響了使用效果。更重要的無常溫強度，給施工和冷態轉窯帶來不利影響。我們通過對數十家水泥廠和種窯形研究后，認為砌筑用的泥漿性能欠佳是造成抽簽、掉磚、窯襯整體性差的主要原因。經過長時間的研究與工程實用試驗和不斷完善，我們研制了一種常溫粘結強度高、高溫性能好、抗腐蝕，適用于現代回轉窯襯的科光871系列高溫高強膠泥，并獲國家發明專利以及由科技部、國家稅務局、國家外貿部、國家技術監督局、國家環保總局于1999年聯合頒發的“國家重點新產品”證書等諸多榮譽。

??? 一、科光871系列高溫膠泥的研制

??? 對垮磚原因的分析表明，燒成設備襯體在生產過程中垮磚和掉磚的原因是多方面的。解決的途徑也是多方面的。較為簡便的解決方法是配制一種高中低溫下均有較高強度的膠泥，不僅能將襯體牢固地膠結在金屬筒體上，而且襯體之間也能牢固地膠接，與襯磚相接觸的坑凹部位也能用此膠泥填補，使之保持整體，并在不同的溫度下具有較強強度，使襯體在生產過程中保持牢固而不易掉磚和垮磚，此舉勢必減少熱——機械對襯磚的作用力，提高襯磚的使用周期。

??? 江西科光窯爐材料有限公司研制成“科光871”高溫膠泥系列產品，該產品由耐火材料、稀土元素和多種化工原料混煉而成。以有機膠和無機膠組成的膠液，在低溫時形成很高的粘接力和附著力。中溫時借助易早期出現液相的化工原料，使燒結溫度變寬，加上采用復合微（＜3微米）粉技術，使其結構致密，提高中溫強度。高溫時以化學結合與多種稀土元素與基料中的復合微粉在高溫作用下，形成針狀莫來石，以離子交換形式，以基料中的鉀鈉置換膠液中的氫離子，使擴散層增厚，加大電位，基料顆粒中負電荷增加，進而轉變成：次陶瓷燒結，使材料的高溫耐磨性、抗熱震性、耐沖擊性和抗剝落性均大幅度提高，上述泥漿具有如下特點：

??? 1.該材料具有氣硬性膠泥特性，早期強度高；2.具有化學粘附與陶瓷燒結雙重粘結功能；3.熱穩定性好，不受窯溫高低、停窯降溫次數、磚大小的影響，整體性強；4.施工性能好，不需困料，用機械攪拌3-5分鐘后呈油膏狀，細膩、滑潤，有良好的延展性，施工時用手搓動后膠泥即可充滿磚縫，不需榔頭敲打，減少襯磚損壞。材料采用復合包裝，無保持期限，可長期貯存，保證檢修需求，縮短砌筑時間；5.材料具有較高強度，不僅能作膠泥，而且可以填補襯磚的長期使用后出現的破損凹溝等；6.使用面廣，不僅用于水泥窯，也可用于冶金、化工等行業的窯；7.清理方便，在停窯檢修時，對原來使用的高溫膠泥清理方便，且不影響施工。

??? 二、變形部位筒體的襯磚砌筑

??? 變形部位筒體襯磚砌筑大致分二類，即徑向砌筑和縱向砌筑。為使高溫膠泥發揮更大作用，砌筑按下述圖例為宜。若個別廠筒體變形超過圖例，可根據現場情況處理，由于高溫膠泥具有較強的粘性和較高強度，多數窯出現筒體變形后均能施工。

??? 1.徑向砌磚。（見圖1）

??? 2.縱向砌磚。（見圖2）

??? 三、原材料的選擇

??? 科光871系列高溫膠泥對原料有較高的質量要求。鋁礬土必須充分煅燒、吸水率低、體積密度穩定；結合劑應具有高分散性和可塑性，有助于燒結和晶格轉變；原料應具有常溫粘附力強，高溫時有助于陶瓷化并具有良好的施工性能。根據上述要求，我們對可供選擇的數十種原料經多次組合篩選和組方測試后確定：以山西陽泉回轉窯優一級礬土熟料粉磨至0.5-0.075mm左右和＜3um的鋁氧微粉及ZrO含量65%的鋯英砂、蘭晶石成基質；結合劑為改性結合粘土等組成，化學添加劑采用多組分無機與有機復合膠體。礬土熟料A l 2 O 3含量高， 而且約6 0 % 以上已轉變成剛玉（α-Al2O3），并與具有活性的鋁氧粉（作為微粉）、適量鋯英砂匹配，組成的基質，可使其具有良好的高溫性能和耐沖刷、抗熱震、重燒線變化小、耐堿蒸汽侵蝕等性能。結合劑是以生粘土加入少量礦化劑和混合稀土混碾后制得的。改性后的結合劑與基礎材料配合使用，能在較低的溫度下出現液相，加劇固相反應，加強傳質過程，降低氣孔率提高抗熱應力能力。并可使基質材料中Al2O3、SiO2生成莫來石（A3S2）。以蘭晶石為膨脹劑，可在適當的粒度和純度條件下，從500℃開始產生膨脹，到1400℃以上的最高膨脹值達16%-18%的永久性膨脹，用以彌補因膠泥中水分蒸發后產生的體積收縮，并與砌體同步。化學添加劑由分散劑、增塑劑等組成，便對提高物理性能和施工性能有非常重要的作用。
顆粒組成與膠泥性能的影響。

??? 目前砌筑用材料一般都采用筒磨粉，粒度0.088mm，而顆粒分布大部分在0.075mm以上，顆粒組成不合理。實際上顆粒組成對調節高溫強度、施工性能有非常重要意義。在結合劑、化學添加劑用量相同時，按不同顆粒組成作了分組對比試驗。膠泥中＜0.075mm的細粉為55%的抗折強度大，當大于65%時不但強度有所下降，而且有裂紋，烘干收縮率變大，施工性能變差，這說明不是粉料越細越好，關鍵是要有較大的堆積密度。但耐火度和荷重軟化溫度無較大差異。結合劑和化學添加劑用量變化時，對上述性能有明顯影響。膠泥的物理性能試驗膠泥除具有較好的高溫性能之外，粘結時間的長短是影響施工質量和施工性能的關鍵。在基質材料數量與粒度一定時，化學添加劑用量對粘結時間有直接影響。經實砌筑試驗認為，粘結時間一般在100-120S最好，而且不粘膩，不流淌，有良好的延展性。耐火度和荷重軟化溫度是衡量膠泥性能的重要指標，為達到較高的耐火度和荷重軟化溫度，我們選用了純度高、燒結完全的礬土熟料及鋯英砂等，而且占基質總量95%以上，有效地提高了耐火度和荷重軟化溫度。粘結強度是膠泥研制中的重點指標。即要有足夠的常溫條件下的相對強度，又要達到中溫和高溫強度不下降的目的。

??? 四、結論

??? 1、科光871型膠泥利用化學與稀土元素在常溫條件下可自行固化，中溫可出現早期液相，產生高強度，高溫時由于改性粘土與基質進行化合反應，形成大分子結構和環狀四面體骨架，產生陶瓷燒結。從20℃常溫到1400℃區間無強度低谷，可廣泛用于各類回轉窯、旋風筒、冷卻機和三次風管內砌筑等其他工業窯爐。

??? 2、由于膠泥具有化學粘附與陶瓷燒結雙重粘結功能，其粘結強度優于國內外同類產品，能抵御因筒體變形、機械震動對窯襯的損害，從而達到延長使用壽命5-10倍的目的。

??? 3、科光871型膠泥屬氣硬性膠泥，在常溫20℃左右抗折強度即可達到4MPa/cm2以上，經110℃烘干后可達10MPa/cm2左右，而且隨窯溫的上升強度隨之提高，有很好的熱穩定性，它不受窯溫高低、停窯降溫次數多少的影響，也可用來挖補、灌縫等，也不受磚縫大小的限制均能保持窯襯的整體性。

??? 4、在膠泥的基質材料中，熟料占95%以上，其中還含有一定比率的鋯質材料，不會產生高溫收縮開裂。而且有很好的化學穩定性，提高了對堿性氣體和燃煤煙氣等有害氣體的侵蝕能力。

??? 5、在提高作業率和窯襯使用壽命的同時，也相應地減少了耐火材料消耗，為提高熟料產量，降低水泥生產成本，增加經濟效益創造了條件。

??? 6、科光871型膠泥具有良好的施工性，用機械攪拌3-5min后呈油膏狀、細膩、滑潤有良好的延展性，不需榔頭鼓打，用手搓動后膠泥即可充滿磚縫，保護磚角防止磚角外露，使窯襯能均勻磨損。無保持期限，可長期貯存。

??? 7、產品通過近二十年來的市場認證，科光871從日產1千噸至目前日產1萬噸的各種窯型上使用均達到了理想的使用效果，并得到使用廠家的一致好評。

??? 8、科光871型膠泥也有不足之處，在－5℃以下膠體會變稠，粘結時間延長，給施工帶來難度。為此，尚需進一步研究一種“以水代膠”的新產品，使其更加完善。

??? 作者：郭迅，胡國英，魯維莎

??? 來源：江西科光窯爐材料有限公司