《水泥窑预热器内筒和三次风闸板用纳米技术AS复合耐磨陶瓷材料的研制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水泥窑预热器内筒和三次风闸板用纳米技术AS复合耐磨陶瓷材料的研制（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、g 中C H I N A 固C E M 水E N T 江A S S O 协C 。T 舍I O N水泥窑预热器内筒和三次风闸板用纳米技术A S 复合耐磨陶瓷材料的研制贾剑光、贾玉川、王书正，孙庚辰 ( 洛阳鹏飞耐火耐磨材料有限公司，河南洛阳4 7 1 0 1 3 洛阳耐火材料研究院，河南洛阳4 7 1 0 3 9 )l 、背景与问题1 1 水泥窑预热器内筒为了充分利用水泥生产过程中的余热，节约能源，德国洪堡公司于上世纪五十年代以出窑高温废气的载热介质，在窑尾安装悬浮预热器( s u s p e n s i o np r e h e a t e r 简称S P ) 来实现对水泥生料的加热，并首先在
2、4 0 9 2 5 m 回转窑上使用，结果使原湿法窑的单位热耗由6 8 7 5 K J k g 降低到4 4 0 0 K J k g 。而且生产能力大幅度增加，取得了巨大了经济效益，开创了悬浮预热技术在水泥工业上应用的先河 1 。七十年代初，日本川岛播磨重工业在洪堡公司的基础上又改进成水泥预分解窑( N e ws u s p e n s i o nP r e h e a t e r 简称N S P ) ，即新型悬浮预热器 2 。S P 窑和N S P 窑成为当今水泥生产的主要窑型 3 3 。悬浮预热器目前多为四级和五级，它是新型干法水泥生产工艺的核心设备之一。承担着物料加热和分解，气固分离和物
3、料输送等功能。其中旋风内筒是预热器的关键部件，可以避免物料的二次循环和再加热重新生成C a C 0 3 ，导致能源浪费；同时还可以避免因物料短路，紊流导致分离效率降低，耗热增高，甚至管道堵塞，停产事故发生。理论与实践表明 4 5 ，高温( 四级或五级) 旋风分离效率的提高比低温级( 一级至三级) 旋风系统热效率的贡献要大得多。若高温板不设内筒，则物料分离降低1 0 ，热耗将增加约2 0 k J k g 熟料，更重要的是因无内筒将导至管道堵塞，热效率降低甚至停产所浪费的标煤将成倍增加。因此，( 五级或四级) 预热器内筒对提高整个系统的效率和平衡是非常关键的。目前，预热器内筒多采用耐热合金钢G r
4、 N i 2 0 C r 2 5 挂片构成。 6 ，7 耐热合金钢挂片在预热器内筒使用条件下( 特别是四级和五级) ，因高温下的氧化、腐蚀和冲刷，导致耐热钢挂片变形、剥落，甚至脱落，使用寿命1 年左右。寿命短，同时耐热钢挂片价格昂贵，加上频繁更换，即影响了水泥产量，也大大增加了水泥生产成本和工人的劳动强度。为解决内筒的长寿化国内外的科技工作者作了很多尝试和不懈的努力。丹麦I A S L E 公司于九十年代曾进行了以高铝质耐火材料( A I z 0 3 6 2 ) 为主的陶瓷内筒，其结构是以“工”或“”型砖互相咬合耐用形成整体内筒，因强度不高，抗热震性不好，组装不到位存在应力，砖块使用中断裂掉砖
5、，甚至整体脱落，一直未能成功。另外，世界上水泥行业最重要的设备供应商，丹麦史密斯公司也曾以类似的方案在我国进行试验，最后也未能成功。内筒长寿化一直未获进展。国内也进行了类似丹麦哈斯勒和史密斯的试验也未成功。但是，洛阳鹏飞耐火耐磨材料有限公司研制的新型的非氧化物耐磨陶瓷挂片已显示了根好的使用效果。1 2 水泥窑三次风闸板阀在新型于法水泥生产线上，窑和分解炉用风量的分配是通过窑尾缩口和三次风管高温调节阀的开度控制来实现的。高温阀是窑系统操作控制的一个重要部件，阀门烧坏，系统用风就不能实现有效调整，将直接影响窑系统熟料产品质量，因此高温阀必须要有很高的可靠性。国内三次风高温阀通常使用的是耐热钢蝶阀，
6、耐热钢闸板阀和耐热钢浇注料闸板阀 8 】。其常见的故障有：闸板变形卡死，浇注料脱落磨损，闸板断裂损坏。从三次风管的特殊工况和闸板的工作环境来看，耐热钢蝶阀由于整个闸板都处在三次风管内，与粉尘与腐蚀介质的高温气流直接接触，使用寿命比较短，只有3 个月左右，耐热钢闸板阀，使用寿命长于蝶阀，其轴、闸板与高温气流直接接触，闸板轴容易严重弯曲，无法转动，甚至断裂损坏，使用寿命4 6 个月，耐热钢浇注料闸板阀由于热膨胀系数不同产生热应1 7 42 0 0 9 全国水泥立磨技术和装备研讨会论文集力，引起浇注料脱落，耐热钢外漏部氧化、烧损，如果闸板没有出现卡死，一般能使用6 8 个月。三次风温度达1 0 5
7、0 。C ，带有大量熟料颗料，内含硫、碱等气体成份，对闸板有冲刷侵蚀作用。由于水泥窑负荷，超负荷运行及操作不当带来的温度升高，更是加快了对三次风闸板的冲蚀、磨损。随着三次风闸板逐渐被磨损，失去调节能力，破坏了分解炉用风和窑内用风的平衡，进窑风量减少，煤粉燃烧不完全，室内还原气氛严重，游离C a O 偏高，水泥热料品质下降，增加了水泥企业的生产成本。并且，一套三次风闸板重达3 5 吨，更换非常不便，安装困难，抢修周期长。三次风闸板的寿命短，成了国内外技术人员研究对象，但采用的材质和方法至今没有明显效果。2 对策耐磨技术专家周平安教授指出 9 。世界上没有一种万能的耐磨材料，而只有适合于某种工况条
8、件下的，具有最佳效果的耐磨材料，这种准确的判断和选择来自于对磨损件的失效分析结果，对磨损机理的认识及正确的思路和丰富的材料科学知识，这样才能达到良好的效果。根据上述工况条件和金属材料损坏原因的分析，无机非金属材料可能是较为理想的耐磨材料，这种耐磨材料我们认为主要是S i c 和A I ：0 3 1 0 ，1 1 。S i c 原料是S i Q 和C 素原料在高温( 约2 4 0 0 ) 电阻炉内通过碳热还原反应生成的。S i c 是共价键化合物，原子间结合力强，熔点高达2 8 2 7 ，有两种晶型a - S i c 和B - S i c 。a - S i c 属六方晶系，B - S i c 属
9、立方晶系。晶体为板状，复三方柱状，具有玻璃光泽，密度3 1 7 3 4 7 9 c m 3 莫氏硬度9 2 ，显微硬度3 0 3 8 0 3 3 3 2 0 M P a ，在大气中2 0 5 0 开始分解，在还原气氛下2 6 0 0 开始分解，线膨胀系数为( 2 5 1 0 0 0) 5 O 1 0 6 c ，导热系数( 2 0 ) 5 9 w m k ，热震稳定性好。它化学性质稳定，在H a 、H 。S 仉，H F 中煮沸也不受侵蚀。S i c 在空气中加热时易于氧化，约8 0 0 。C 开始氧化生成S i 0 2 ，S i O z 玻璃转度大，形成保护薄膜，诚缓氧化建成。A I z 0 3
10、 原料是用不同类型的天燃铝矾土为原料采用碱称法，碱碳烧结法和碱烧结联合法生产出来的，经人工提供A 1 2 0 3 含量9 8 以上的耐火原料，是白色粉体。氧化铝的矿物结构为r A I ：如占4 0 7 0 ，a _ - A I ：0 3占6 0 4 2 。经高温煅烧后( 约1 4 0 0 ) ，r - A I z 0 3 转化为a A 1 2 0 3 ，体积收缩1 3 ，a _ A I z 0 3 为最终稳定态。刚玉是经高温处理得到a - _ A I ：0 3 结晶矿物。刚玉为三方晶系，密度3 9 5 “4 1 0 9 c m 3 ，莫氏硬度9 ，熔点为 2 0 5 0 ，导热系数为( 1 0
11、 0 0 ) 为6 1 6 w m k ，线膨胀系数( 2 卜1 0 0 0 ) 为8 0 1 0 吨，根据生产方法的不同，刚玉分为烧结刚玉和电熔刚玉。烧结刚玉是指以煅烧氧化铝( 或工业A I ：0 3 ) 为原料，经磨细制成料球或坯体在1 7 5 0 1 9 5 0 “ C 的高温下烧结而成的耐熟原料。含A 1 2 0 3 9 9 以上的烧结刚玉显气孔率4 O 以下，体积密度达到3 5 5 9 c m 3 ，高温下具有较好的体积稳定性和化学稳定性，不受还原气氛，熔融玻璃液和金属液的侵蚀，常温、高温机械强度和耐磨性较好。板状氧化铝( t a b u l a r i a l u m i n a
12、) 也称板状刚玉，是在1 9 0 0 以上的高温下快速烧成且烧结彻底的再结晶原料其显微结构有下述特征，a _ A I ：0 。结晶粗大，中位径多在4 0 2 0 0um ，其晶体三维形平板状并相互穿插交错，a - A I ：0 3 结晶体内含许多5 1 5 u m 的园形封闭气孔，而开口气孔则较少，一般为2 3 ，具有优良的加热体积稳定性和抗热震性。电熔刚玉是以烧结氧化铝为原料经电弧炉熔融，冷凝后用制得，其A I z 0 3 ，晶体为长条形和菱形。3 、研制3 1 原料主要原料S ，次要原料A 。纳米原料C ，纳米原料A ，金属原料S 。添加剂和结合剂。3 2 工艺配料制浆注模成型干燥生坯无探
13、伤生坯加工饶成无损探伤成品加工检验包装入库。主原料S 与原料A 比例的确定，它是决定制品密度，强度和耐磨性主要以及抗氧化性主要因素，原料S 和A 都是耐磨材料，A 原料抗氧化性好，抗热震差，S 原料抗热震性好，抗氧化性差些，按比例( A ：S = 2 5 ：7 5 ) 将两者复合在一起，使两者优点和缺点互补。纳米原料C 和金属原料S 和纳米原料A 的加入因它们的活性大。能大大降低制品烧结温度，改善显微结构和性能。纳米原料c 和原料s 反应生成C s 化合物把复合材料A S 牢牢地结合在一起，极大地提高了复1 7 5 中C H I N A 圄C E M 水E N T 江A S S O 协C I
14、A T 命I O N合材料A S 的强度。各种原料的粒度组成和细度，以及添加剂的种类和加入量是决定将水体的固含量，颗粒分散程度和流动性的决定因素。结合剂的种类和加入量决定了生坯干燥后的强度，以及制品烧成后的密度和强度，一般选用有机结合剂，在高温下可以烧掉。制浆程序中，加水量关系到浆体的浓度，成型性能和生坯的密度。制浆混磨时间长短关系到各物料的均匀程度，物料均匀有利于反应烧结，显微结构均匀，保证性能的可靠性。注模的材质和干燥程度和注浆量决定制品的厚度。制品的厚度即与强度有关也与热震稳定性有关，有个最佳值，薄的构件热震稳定性好。注模的形状和尺寸要优化，可保证制品安装和减少热应力的作用。浇注有压力注
15、浆和常压下注浆，压力注浆有利于制品的密度提高。干燥采用蒸汽保护和红外干燥技术，防止生坯开裂。烧成气氛与压力和升温速度，保温时间是最重要的工艺参数，既能保证产品合格率，更能保证产量的质量。，通过无损探伤，无损检查产品内部有无缺陷和显微结构的均匀性，可保证产品的稳定性和可靠性。3 3 性能对研制的纳米A s 复合耐磨陶瓷构件材料进行了性能的检测，测试性能列于下表。工作温度，1 5 0 0体积密度，g c m l3 0 0抗压强度，P a6 8 0弯曲强度，妇a 1 2 5 0导热系数，1 2 0 0 。w l m k4 l热膨胀系数，1 2 0 0 “ C ，a l 酽4 5热震稳定性，次数5 0莫氏硬度9耐磨性( 冲击磨蚀) ：0 0 2 8试时间：1 5 分钟验介质：金刚砂条速度：1 5 0 米秒件喷咀直径：5 m m距度：2 3 0 m m角度：9 0 度耐酸碱性：优对研制的纳米耐磨陶瓷构件材料与耐热钢进行了抗侵蚀、抗氧化试验，结果见下图。4 、结语采用纳米技术反应烧结制造的纳米A s 复合耐磨陶瓷构件，具有强度高，硬度大，耐磨性好，热导性好，热膨胀系数小，耐急冷急热性好，纳米A S 复合耐磨构件材料，抗各种介质侵蚀性好，该纳米耐磨陶瓷构件可用作水泥窑预热器内筒和三次闸板。1 7 6参数文献( 略)
