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硅莫砖,耐火砖的一种,有“耐磨砖”的谐音,20世纪90年代初试制成功,曾叫HMS高耐磨砖,耐磨系数高于磷酸盐结合高铝砖五倍以上。就其物相成分来讲应该为碳化硅—莫来石制品,简称硅莫砖。这个称谓大多在建材行业流行,其他行业一般称为高铝碳化硅砖、三氧化二铝—碳化硅砖。

碳化硅与高铝矾土熟料生产碳化硅莫来石符合耐火砖制品的工艺技术发展,由于碳化硅氧化产生二氧化硅,与三氧化二铝反应形成莫来石(3Al2O3˙2SiO2),能提高制品致密度和强度,在制品表面形成保护膜,可防止碳化硅进一步氧化,使碳化硅在高铝碳化硅耐火砖中保持一定含量,提高制品的热震稳定性、耐磨性、抗侵蚀性。高强致密硅莫砖在水泥回转窑筒体上除烧成带以外的各个段带的使用寿命比高铝砖提高3~4倍。

近年来,硅莫耐火砖在水泥回转窑的应用得到快速发展,特别是新型干法窑的出现和大型化,窑的转速、窑内热应力强度大幅度提高,对耐火材料的材质、理化性能提出了新的更高要求。因此水泥回转窑除烧成带在其所挂窑皮的保护下尚在使用镁铬砖外,次烧成带、过渡带、冷却带在改用硅莫砖后,效果明显好于镁铬砖。

目前国内浙江、江苏、山东、山西等省有数十家耐火材料企业生产这种产品。由于这种产品原料来源方便,工艺要求不严,各企业实际产能很大,只要能生产粘土砖或高铝耐火砖就能生产硅莫砖。产品供大于求,市场竞争激烈。

其次,硅莫砖具有耐高温、抗侵蚀、抗磨损特性,不过由于各企业的技术水平差异,产品质量也不同。如何生产质量高的硅莫砖,提高水泥窑用耐火材料的使用寿命,在此作些探讨,供硅莫砖的生产和使用参考。

随着硅莫耐火砖工艺技术的进步,其制品的质量得到显著提高,技术性能也有大幅度提高。为了适应水泥回转窑不同部位的使用条件,硅莫耐火砖也由过去的单一品牌发展为多个品牌。

(1)制品结构致密,耐磨性好。

硅莫耐火砖主晶相由硬度高的矿物刚玉(莫氏硬度9.0~9.2)、碳化硅(莫氏硬度9.0~9.5)、莫来石(莫氏硬度7.0~7.5)组成。制品结构致密度高,体积密度普遍在2.7~3.0 g/cm3。找耐火材料网根据资料参考,耐火材料的常温耐磨性能取决于其强度和结构的致密性,强度和致密度高的材料,耐磨性能较好。水泥回转窑内衬长期受物料的滚动磨擦,磨损是耐火材料内衬损毁的主要原因之一。硅莫耐火砖的致密度、强度及耐磨性显著优于抗剥落高铝砖及镁铝尖晶石砖。硅莫耐火砖在水泥回转窑次烧成带、过滤带等部位使用效果好,可以说耐磨性好起了很重要的作用。

(2)荷重软化温度高,高温性能好。

硅莫砖的荷重软化温度都在1 450 ℃以上,最高1 650 ℃以上。不同品牌的制品荷重软化温度有一定差异。水泥回转窑内衬的不同部位耐火砖面温度不同,次烧成带、前过渡带温度达1400 ℃左右,高于烧成带耐火砖面温度(因烧成带有窑皮保护,耐火砖面温度为900~1 000 ℃)。就这些砖的荷重软化温度指标也都超过经常使用的抗剥落高铝砖和磷酸盐高铝耐火砖(荷重软化温度为1 300~1 520 ℃)。

与烧成带相比,过渡带由于没有窑皮保护,容易受到还原气氛和热负荷等的影响,其使用寿命一直是水泥回转窑的瓶颈问题,因此一些水泥厂在过渡带采用镁铝尖晶石制品。根据某厂5 000 t/d大型水泥回转窑过渡带用镁铝尖晶石砖研究得出:前过渡带用镁铝尖晶石耐火砖基本无侵蚀,可是由于碱沉积在开口气孔中,使结构致密化,造成同一块耐火砖形成不同段带,而使耐火砖热面剥落和产生裂隙,造成内衬损毁。而硅莫耐火砖由于本身结构致密,特别耐火砖面形成连续的SiO2致密层,阻止熔融物质渗透,加之Al2O3、SiC、SiO2化学性质稳定,不与窑内产生的SO2、O2、CO2等气体发生剧烈反应,不与水泥物料产生化学反应,因此抗侵蚀能力较强。其次是硅莫砖的热震稳定性好。由于硅莫砖中含有一定量的SiC,众所周知,SiC热导率高,热膨胀系数比较小,使制品的热震稳定性显著提高,1100 ℃水冷试验都在10次以上,最高达46次,因此水泥回转窑用硅莫砖不剥落、不断裂,能显著提高使用寿命。

(3)降低窑体温度,隔热性能好。

硅莫砖的热导率〔2.3~2.5 W/(m˙K)〕较碱性制品〔2.69~2.74 W/(m˙K)〕低,因此硅莫砖的隔热效果比较好。在大型回转窑的次烧成带、过渡带、预热带、窑尾、三次风管、分解炉等部位用硅莫砖,与碱性砖相比,筒体表面温度降低100 ℃以上。

硅莫砖在水泥回转窑的应用

我国生产的硅莫砖,在国内自行设计的2000~10000 t/d大型水泥回转窑上得到了广泛应用。据了解,有的窑筒体除了长约20 m的烧成带用直接结合镁络砖、前后窑口各0.8 m左右用浇注料外,全部采用硅莫砖。烧成带的后部,所谓的次烧成带,一般与烧成带一样,用直接结合镁络砖,但窑皮很难稳定。由于镁络砖热震稳定性差,抗磨强度低,砖与窑皮结合部分易随窑皮剥落,影响该段的使用寿命,而硅莫砖由于热震稳定性好,使用过程不断裂,不剥落,抗侵蚀,使用寿命明显延长。例如:浙江余姚舜江水泥公司2500 t/d水泥回转窑21.55 m~24.955 m原用直接结合镁铬砖,使用寿命310天,改用硅莫砖(AZM1650),使用寿命达410天;安徽淮北矿业集团2500 t/d水泥回转窑次烧带原用镁铝尖晶石砖,过渡带原用抗剥落高铝砖,在一年内抢修换砖多达3次,最短的在三个月就出现红窑。而重新配置窑衬,次烧成带改用硅莫砖1680,过渡带为硅莫砖1650,窑的使用寿命长达15个月。宁夏胜金水泥公司的2 500t/d窑的过渡带等部位使用硅莫砖已经7个多月,没有发现任何问题,仍在使用中。

硅莫砖在水泥回转窑的应用

水泥回转窑过渡带的砖面温度在1 400 ℃左右,预热带、冷却带等部位的温度比过渡带要低,就是烧成带受窑皮保护,砖面的温度也不高,硅莫砖的荷重软化开始温度在1 500 ℃以上,特别是制品结构致密,由硬度高的矿物、刚玉、碳化硅、莫来石组成,耐磨性特别好,是过渡带的理想砖种。耐压强度和荷度软化温度明显高于抗剥落高铝砖,其热震稳定性、抗腐蚀性、耐磨性好、热导率不高,正是后过渡带工艺特性所要求的,使用寿命是抗剥落砖的1.5~2倍。耐磨性好更适合冷却带,使用寿命可达两年以上,是高铝砖寿命的3~5倍。现在已经按回转窑不同段带的使用条件,应用不同牌号性能不同的硅莫砖。

此外,高铝碳化硅砖在钢铁、有色金属、化工等部门也广泛应用。

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