碱性耐火砖技术交流

水泥窑内上过渡带的情况
• 高温
• 高碱循环
• 轮带区域的高机械应力
• 高热震
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烧成带
烧成带的耐火材料 • 碱性砖 镁尖晶石砖 : MI，MS1C，MS3C
水泥窑内烧成带的工况 • 高温 • 热震 • 熟料带来的强烈化学侵蚀
7
下过渡带
下过渡带的耐火材料 • 碱性砖 镁尖晶石砖 : MS4T(H)，MS2T • 碱性不定形耐火材料
66
产品特征
HM1C
C 良好的挂窑皮能力 C 良好的结构柔韧性 C 优异的抗热震稳定性 C 高荷软温度
应用实例：2019年7月26日宣城海螺2#窑
硅莫砖
应用于上过渡带、窑口、 冷却带
C DE
窑口
• C: 碱性砖、硅莫砖 • D、E：抗剥落高铝砖、耐碱砖、硅莫砖
HA硅莫砖 以高品位的铝矾土熟料、莫来石及碳化
测试方法: 滚筒试验 温度: 1750℃, 2.5 小时 加入物质: 普通水泥
滚筒试验 抗化学反应性能
18 mm. 40 mm.
Ankral ZC
19 mm.
45 mm.
Pleomag 90
16
MI
mm.
40 mm.
测试方法: 抗渣实验 温度: 1100℃, 5小时 化学添加: K2CO3 50g
p 高化学侵蚀 p 硅酸盐浸入 p 窑椭圆度 p 热震 p 高热负荷
产品特征
MS3C
C 良好的挂窑皮能力(快且稳) C 良好的抗热化学反应性 C 优异的抗热震稳定性 C 高温抗折强度大
HM1C
用于烧成带的铁铝尖晶石砖
65
铁铝尖晶石具有典型的尖晶石结 构，化学式为FeAl2O4，其结构示意图 如右图所示。铁铝尖晶石的熔点为 1780℃，颜色黑色或棕绿色。
抗碱性试验
测试方法: 1100℃ for 5 hr 添加的化学物: K2CO3 50g
有裂纹的普通MS砖
无裂纹的MS4-T
抗熟料渗透试验 滚筒试验
•测试方法：滚筒试验
•温度: 1750℃, 4 h
•添加的化学物: 普通硅酸盐水泥 熟料750g
抗熟料渗透试验
•MS brick-1
• 30 mm.
(MPa)
窑皮粘合 强度
Good
烧成温度 : 1400℃ and 6h. 粘合强度测试是在 30分钟均热后1000℃ 窑皮：波特兰水泥熟料（普通型水泥熟料）
25
MS1C
Hot Modulus of Rupture (MPa)
高温抗折强度大
Good
26
MS1C
950℃, 30 分钟
热震稳定性强
鼓风15分钟
NITE
MS-1-C 结果显示MS-1-C有高抗化学反应性能（硫侵蚀）
28
MS1C
性能实例
MS1C
MS1C-运行270天之后的外观
MS1C
MS1C-运行270天之后的外观
31
运行270天之后，厚度为180-190mm（原厚度为220mm）
32
•6
•3
0
MS1C
6.00 16.00 26.00 34.00
硅莫砖属于硅铝系砖，主要的特点是 热膨胀系数低、抗热震性好、抗磨损和化 学侵蚀能力强。
前期，海螺主要使用品种有江苏君耀 产的硅莫红Ⅰ型和Ⅱ型、鲁中耐材的特种 硅莫砖1650和1680型。
73
莫来石
1.强耐火性 2.强热震稳定性 3.高温强应力
似网状的莫来石晶状体结构
切割面纹理
针对抗碱性的特殊设计
HA-0:优质硅莫砖
• 优异的抗碱侵蚀能力 • 优异的抗磨损能力 • 强热震稳定性 • 高耐火度 • 高柔韧性
序 号
产品名称
性能特点
HA0 具有高的耐腐蚀性、耐磨性
1
，高抗热震稳定性，机械应
硅莫砖 力好、耐高温
2
HA1 具有高的耐腐蚀性、耐磨性 硅莫砖 ，机械应力好、耐火度高
HA2 具有高的耐腐蚀性、耐磨性 3
•MS-2-T
•22 mm.
•MS-4-T
•22 mm.
•TopmagAF; REFRA
•26 mm.
950℃，30分钟
热震稳定性
风冷15分钟
高温抗折强度
HMOR (MPa)
4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
0.00
0.10
MS brick-1 MS-2T MS-4T
•粉尘中的碱
•AlkCl
•回转窑里的碱循环
•AlkCl •Alk2CO3
••AAlklk2CClO3 •(Alk2SO4)
•Alk2SO4
•k2SO4 以固体形式存在熟料中
•平衡的ASR(碱与硫酸盐的比率)
•理想值
•Alk •SO3
SO3 Alk
ASR >1
失衡的碱与硫酸盐比率: 如果碱含量太高： ① 碱性硫酸盐可能被溶解进水泥熟料 ② 过量的碱循环和碱性硫酸盐会浸入耐火材料内衬，形 成致密层进而导致爆头（碱爆裂）
热震稳定性结果
Good
损破周期
27
MS1C
抗热化学反应强
Filled Clinker + K2SO4 填充熟料 烧制并切割后
渗透深度
5 mm.
7 mm.
12 mm.
15 mm.
样品高度
Good
Good
180 mm.
crack
Big crack
and loose
MS
MS
MS-1-C HERCY-
brick-1 brick-2
MI
镁铁尖晶石砖
应用于烧成带
p 硅酸盐侵蚀 p 热震 p 热力荷载
1. 迅速稳定挂窑皮 2. 良好的抗热力荷载 3. 优异的抗热震稳定性 4. 环保，无铬化
窑皮结合强度
◙ 烧成温度：1400℃，6小时 ◙ 测试粘合强度：1000℃烧成后 保温30分钟
模拟回转窑实验
在保温时间末期，温度 降低至1000 ℃并保持30 min.
Alk SO3
ASR < 1
失衡的碱与硫酸盐比率: 如果硫含量太高： ① 硫酸盐可能会和氧化钙发生反应，溶解进水泥熟料和耐火材 料内衬，形成致密层 ② 硫可能会浸入到耐火材料结构并和耐火材料里的混合物发生 反应，最终导致耐火度变低并破坏耐火材料 ③ 硫含量过高也会导致旋风筒堵料问题
对水泥工艺和耐火材料内衬的影响
预分解炉：堵塞 和砖爆头
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三次风管：因化学侵蚀 带来的 耐火材料爆头
出口和烧嘴喷管：因热波动导致 耐火材料爆头
安全带：因化学渗透导致砖 爆头
烧成带：因窑皮脱落导致砖 爆头
过渡带：因热波动和化学渗透导致 砖爆头
碱侵蚀上过渡带的碱性砖
开裂
松散层 致密层
热面爆头
•Normal layer •(Cold face)冷面
硅莫砖 ，机械应力好
使用部位
2500t/d、5000t/d 回转窑窑口
2500t/d、5000t/d 回转窑安全带35-45米
2500t/d、5000t/d 回转窑安全带45米以后
在碱性环境中，碱性物质 与二氧化硅和氧化铝反应
高粘度玻璃质状态
温度>800℃ SiC + 2O2 SiO2 + CO2
(此玻璃质状态膜可防止化学侵蚀)
HA-2:中级硅莫砖
• 强抗碱侵蚀力 • 强抗磨损性 • 强热震稳定性 • 高耐火度
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HA-1:高级硅莫砖
• 强抗碱侵蚀 • 优异的抗磨损性能 • 强热震稳定性 • 高耐火度 • 优异的抗化学侵蚀能力
耐火砖技术交流
安徽海螺暹罗耐火材料有限公司 2019年9月
耐火材料知识和产品
耐火材料在水泥窑里的作用
• 保护窑筒体免受高温和磨损 • 减少热损失
水泥窑选择耐火材料的标准
• 最低成本，最优质量 • 最能适应窑内各个带产生的温度和化学反应
回转窑
• 耐火粘土砖 • 高铝砖 （硅莫砖）
上过渡带
上过渡带的耐火材料 • 碱性砖 镁尖晶石砖 : MS4T(H)，MS2T
碱性盐浸入到砖结构里，导致致密层和开裂
MS4T(H)
烧结镁砂+电熔尖晶石
电熔尖晶石
微观结构
烧结尖晶石
电熔尖晶石
• 高弹性模量 • 主晶格尺寸大
（1,000微米）
• 高密度 • 化学纯度 • 耐腐蚀性强 • 低活性 • 碱性反应低
烧结尖晶石
• 高弹性模量 • 主晶格尺寸小（ 25 微米） • 良好的结构稳定性 • 化学纯度 • 耐腐蚀性较低 • 活性较强 • 轻微的碱性反应
石油焦炭 烟煤
废旧轮胎
加热值
上下过渡带
出口
MS2T
产品特征: 优异的抗硫碱性
• 优异的抗热震稳定性 • 高抗折强度 • 高耐磨性 • 良好的抗氧化还原反应性 • 环境友好型
MS2T
Picture of Microstructure of
normal Magnesia
100 microns
100X
高温抗折强度大
HMOR (MPa)
4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
0.00
0.10
MS brick-1 MS-2T MS-4T
0.20
0.30
0.40
Deflection (%)
MS3C
用于烧成带的尖晶石砖
62
p 硫酸盐渗入 p 热震 p 快且稳的窑皮
47.00
•6 0
67.30
运行362天之后
33
运行367天之后： 平均厚度为18厘米(原厚度为23厘米) 窑皮长度为：5至26米 窑皮厚度：15-18厘米
34
MS4T(H)
建议在过渡带使用镁尖晶石砖
35
出口 下过渡带
烧成带 上过渡带
分解带 预热带 入口
高化学侵蚀 和氧化钙反应 窑椭圆度 热震 高热负荷
水泥窑内下过渡带的工况 •极高温 •高热震 •高摩损
8
产品
• MI：镁铁尖晶石砖 烧成带 • MS1C：镁尖晶石砖 烧成带 • MS2T：上下过渡带中高硫碱环境 • MS3C：用于烧成带的优质尖晶石砖 • MS4T(H)：过渡带使用镁尖晶石砖 • HM1C：铁铝尖晶石砖 烧成带 • HA0：硅莫砖 窑口 • HA1：硅莫砖 上过渡带 • HA2：硅莫砖 冷却带
0.20
0.30
0.40
Deflection (%)
MS4T(H)
性能实例
52
7.2－10米处有窑皮
320天之后 继续运行
377天之后
稳定的窑皮从7-36米移到8-31米
MS2T
上下过渡带中高硫碱环境下的 解决方案用砖
使用替代燃料会给水泥窑里的环 境带来更多的化学成分
农业废物 锯屑
报纸 6号石油燃料
抗渣实验 抗化学反应性能 温度: 1100℃, 5小时
抗渣实验 抗化学反应性能
MI brick Not Crack
Pleomag 90 Crack
Ankral ZC Crack
镁铁砖在宣城海螺水泥窑内使用 宣城2#窑 ：砌筑区域1.6–9.8 m 使用时间：2015年1月18日
MS1C
镁尖晶石砖
保温30 min后, 将样品 放置在测试梁上。
然后对样品施压至样品碎 裂，并记录样品碎裂时的 压力值，即窑皮粘合强度 。
结果
窑皮结合强度
◙ 烧成温度：1400℃，6小时 ◙ 测试粘合强度：1000℃烧成后保温30分钟 ◙ 覆盖层（窑皮）: 普通水泥
抗热震稳定性实验
风冷，15min
RESULT
950℃,30 min
硅为主要原料配比烧结而成，特制复合细分 的加入，使其具有高致密性、耐磨性好；最 佳烧成条件和合理的化学组成配比，使其拥 有优异的抗热化学反应及抗高温机械应力的 特性。
碳化硅材料
1.强耐磨损 2.低热膨胀 3.强热震稳定性 4.强抗化学侵蚀力
主要成分是铝和硅，晶相以莫来石A3S2（ 3Al2O3.2SiO2）为主
铁铝尖晶石砖是由RHI 公司于20 世纪90 年代提出的，它是含有方镁 （MgO）和铁铝尖晶石（FeAl2O4）两 种主要矿物成分的耐火材料。这种材 料具有相对锆“韧性”的结构——能 极大地降低材料的脆性。铁铝尖晶石 矿物相与水泥熟料接触时，铁铝尖晶 石与氧化钙反应生成高粘度的铁酸钙 和铁酸铝相。材料热面上的反应层大 大有助于回转窑内粘着层的形成。
MS4T(H)的显著特色
• 因原料的主晶格尺寸大，增加了砖的抗侵蚀性和耐磨性 • 使用电熔尖晶石，降低了碱性硫酸盐侵蚀的敏感性 • 尖晶石技术的运用和高热震稳定性带来了优异的结构弹
性 • 原料中的铁含量低，因此耐火度高且抗氧化性高
MS4T(H)
产品性能
C 优异的抗化学反应性 C 优异的热震稳定性 C 高抗折强度
小结晶的天然烧结镁砂
Picture of special Magnesia with
Large crystal size
100 microns
100X
大晶粒电熔镁砂
耐碱性实验
◙ 温度:1100℃ ; 5小时 ◙ 添加的化学物: K2CO3 50克
有大裂纹的普通尖晶石砖
MS-2T 没有裂纹 优异的耐碱性
应用于烧成带
烧成带
窑口
问题: 1.硅酸盐渗透 2.热震带来的爆头 3.高热负荷
问题1：硅酸盐渗透
现象：由于熟料渗透导致 的热面致密层和裂纹
问题2：热震爆头
MS1C
产品特征：
挂窑皮能力强（快且稳） 抗化学反应强 热震稳定性强 高温抗折强度好 环境友好型（无铬型）
MS1C
优异的挂窑皮能力
Coating Adhesive strength