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[摘 要]随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求，人们开始用水泥回转窑来处理废弃物。據统计，水泥工业所消耗的耐火材料约占耐火材料总量的10%，随着水泥工业的进一步发展，对耐火材料的需求不仅有量上的提升，更要有质的飞跃。为实现水泥回转窑烧成带用耐火材料的无铬化，本文对具体无铬耐火材料的研究进行了总结分析。
[关键词]水泥回转窑；无铬公害；耐火材料；镁铁铝砖
中图分类号：TH193 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
我国正处于发展阶段，各项基础设施建筑等都在不断扩大，水泥产量也随之逐年增加，这就对水泥回转窑提出了越来越高的要求。为了降低水泥水砖窑的受损害程度，市场上出现了各种耐火材料，目前应用较多的耐火材料为Cr2O3含量在4%～12%的镁铬砖。然而材料中含有的三价铬会在一定条件下转化为六价铬。六价铬对人体健康具有严重危害，并且会随着烟气进入大气，还会溶于水而污染水源，因此，一些先进国家已对六价铬制订了严格的限制标准。目前发展环保友好型的无铬公害产品是水泥窑用耐火材料的主要发展方向。分别使用铁铝尖晶石、镁铁尖晶石、镁铝尖晶石、氧化锆代替铬铁矿制出了各种无铬碱性耐火材料。
1.镁铝尖晶石砖
镁铝尖晶石砖系列是代替镁铬砖在水泥回转窑高温带的一种高档碱性耐火材料。镁铝尖晶石砖最初是为了改善镁砖的热震稳定性，在配料中加入合成尖晶石、氧化铝而生成以方镁石结合尖晶石为主要矿物的制品，镁铝尖晶石系列耐火材料因此发展起来。
镁铝尖晶石砖以镁砂和合成尖晶石为主要原料添加一定量添加剂，高温烧制而成。其热震稳定性优，抗热负荷性能优，高温机械柔性良好，但挂窑皮性能略逊，因此目前是替代镁铬砖，使用最为广泛，最为成熟和经济的水泥窑过渡带用砖。
镁铝尖晶石砖的优点是热稳定性好，在使用的过程中会与熟料反应，使液体不容易渗透，其抗剥落性能比直接结合镁铬砖要好。在窑的冷却带和过渡带使用寿命可较直接结合镁铬砖延长一倍。但是，在抗腐蚀性方面稍次于直接结合镁铬砖，同时，烧结尖晶石砖容易水化，导致系数较大，窑筒体的温度要比直接结合镁铬砖时的高。在使用时要重视这些问题。
镁铝尖晶石在烧成带替代镁铬砖使用时暴露了一些缺点，例如难以形成稳定的窑皮；导热系数大，使窑筒体刚性降低，加重材料机械应力；耐蚀性比镁铬砖差等。要使鎂铝尖晶石砖完全代替镁铬砖在水泥回转窑烧成带的使用，上述问题亟待解决。
2.镁铁铝尖晶石砖
铁铝尖晶石砖由镁砂和预合成铁铝尖晶石为主要原料制得。烧成中，Fe从铁铝尖晶石颗粒中扩散出来进入基质，形成方镁石---镁铁尖晶石固溶体，提高了挂窑皮性。同时，Mg扩散进入铁铝尖晶石颗粒，形成围绕铁铝尖晶石的镁铝尖晶石裙边，降低了砖对气氛的敏感性。尽管如此，铁铝尖晶石砖的耐高温性和耐侵蚀性还是不足，需要得到窑皮的保护才能获得较长使用寿命。镁铁尖晶石砖是由镁铝尖晶石替代低铬镁铬砖中的铬铁矿制成，并通过调整氧化铁或镁铁尖晶石的掺加量和分布来进一步提高挂窑皮性。与铁铝尖晶石砖类似，镁铁砖也需要窑皮的保护才能获得较长寿命。
随着材料的不断更新及发展，目前市场上普遍推出的是以上两者综合改善后镁铁铝尖晶石砖，是以镁砂为主要原料，添加铁铝尖晶石、镁铝尖晶石及一些添加剂制得的新产品。这种镁铁铝尖晶石砖挂窑皮性能优，使用寿命也可与镁铬砖想抗衡，抗热负荷疲劳性能优良，可同时用于烧成带和过渡带，尤其用于轮垫处表现最好。在目前市场上镁铝尖晶石挂窑皮差的情况下，镁铁铝尖晶石产品是烧成带首选的镁铬砖替代产品。
镁铁铝尖晶石砖的柔韧性好，断裂功为900～1000N·m-1，比镁铬砖（w（MgO）=76%，w（Cr2O3）=18.5%）的600N·m-1以及镁铝砖（w（MgO）=91.5%，w（Al2O3）=6.5%）的150N·m-1高得多，说明其脆性较低，能适应窑壳的变形。这种砖的热导率与热膨胀性也比镁铝尖晶石砖的低，对碱盐侵蚀与废物料燃烧导致的还原性气氛有较强的抵抗能力，还能确保挂窑皮的稳定性。这种新型镁铁铝尖晶石砖的性价比也优于其他碱性砖。有关研究人员对镁铁铝尖晶石砖进行了测试，其测试结果表1所示。
3.硅莫砖
硅莫砖以莫来石、刚玉、矾土、碳化硅等为主要原料生产的耐火制品。主要成份为铝和硅，晶相以莫来石A3S2（3AL2O3.2SIO2）为主。其具有热震性好，热膨胀系数低、强度高，耐磨性好，耐化学侵蚀能力强适宜用在窑口到过渡带，目前也有尝试在过渡带及烧成带一起试用的案例。
结束语
综上所述，由于传统的耐火材料中含有的三价铬在转化为六价铬后，会对环境及人体健康造成危害，因此，许多国家已经开始研究水泥回转窑烧成带、过渡带的无铬耐火材料，并取得了一定的进展，其中包括镁铝尖晶石砖、镁铁铝尖晶石砖、硅莫砖等。随着科学技术的不断进步，无铬的耐火材料将会得到进一步创新，并广泛应用到水泥回转窑的运行中，从而促进我国水泥生产与环境协调发展。
参考文献
[1] 陈肇友.水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料[J].耐火材料，2010，06：404-408.
[2] 张宝鑫.水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料研究[D].辽宁科技大学，2008.
[3] 崔庆阳，薛群虎，寇志奇，丰文祥，李洪波.水泥回转窑烧成带用耐火材料的最新研究[J].耐火与石灰，2011，01：1-4.
[4] 魏博.水泥回转窑烧成带用无铬砖的性能及使用实绩[J].耐火与石灰，2015，03：41-42.
[关键词]水泥回转窑；无铬公害；耐火材料；镁铁铝砖
中图分类号：TH193 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
我国正处于发展阶段，各项基础设施建筑等都在不断扩大，水泥产量也随之逐年增加，这就对水泥回转窑提出了越来越高的要求。为了降低水泥水砖窑的受损害程度，市场上出现了各种耐火材料，目前应用较多的耐火材料为Cr2O3含量在4%～12%的镁铬砖。然而材料中含有的三价铬会在一定条件下转化为六价铬。六价铬对人体健康具有严重危害，并且会随着烟气进入大气，还会溶于水而污染水源，因此，一些先进国家已对六价铬制订了严格的限制标准。目前发展环保友好型的无铬公害产品是水泥窑用耐火材料的主要发展方向。分别使用铁铝尖晶石、镁铁尖晶石、镁铝尖晶石、氧化锆代替铬铁矿制出了各种无铬碱性耐火材料。
1.镁铝尖晶石砖
镁铝尖晶石砖系列是代替镁铬砖在水泥回转窑高温带的一种高档碱性耐火材料。镁铝尖晶石砖最初是为了改善镁砖的热震稳定性，在配料中加入合成尖晶石、氧化铝而生成以方镁石结合尖晶石为主要矿物的制品，镁铝尖晶石系列耐火材料因此发展起来。
镁铝尖晶石砖以镁砂和合成尖晶石为主要原料添加一定量添加剂，高温烧制而成。其热震稳定性优，抗热负荷性能优，高温机械柔性良好，但挂窑皮性能略逊，因此目前是替代镁铬砖，使用最为广泛，最为成熟和经济的水泥窑过渡带用砖。
镁铝尖晶石砖的优点是热稳定性好，在使用的过程中会与熟料反应，使液体不容易渗透，其抗剥落性能比直接结合镁铬砖要好。在窑的冷却带和过渡带使用寿命可较直接结合镁铬砖延长一倍。但是，在抗腐蚀性方面稍次于直接结合镁铬砖，同时，烧结尖晶石砖容易水化，导致系数较大，窑筒体的温度要比直接结合镁铬砖时的高。在使用时要重视这些问题。
镁铝尖晶石在烧成带替代镁铬砖使用时暴露了一些缺点，例如难以形成稳定的窑皮；导热系数大，使窑筒体刚性降低，加重材料机械应力；耐蚀性比镁铬砖差等。要使鎂铝尖晶石砖完全代替镁铬砖在水泥回转窑烧成带的使用，上述问题亟待解决。
2.镁铁铝尖晶石砖
铁铝尖晶石砖由镁砂和预合成铁铝尖晶石为主要原料制得。烧成中，Fe从铁铝尖晶石颗粒中扩散出来进入基质，形成方镁石---镁铁尖晶石固溶体，提高了挂窑皮性。同时，Mg扩散进入铁铝尖晶石颗粒，形成围绕铁铝尖晶石的镁铝尖晶石裙边，降低了砖对气氛的敏感性。尽管如此，铁铝尖晶石砖的耐高温性和耐侵蚀性还是不足，需要得到窑皮的保护才能获得较长使用寿命。镁铁尖晶石砖是由镁铝尖晶石替代低铬镁铬砖中的铬铁矿制成，并通过调整氧化铁或镁铁尖晶石的掺加量和分布来进一步提高挂窑皮性。与铁铝尖晶石砖类似，镁铁砖也需要窑皮的保护才能获得较长寿命。
随着材料的不断更新及发展，目前市场上普遍推出的是以上两者综合改善后镁铁铝尖晶石砖，是以镁砂为主要原料，添加铁铝尖晶石、镁铝尖晶石及一些添加剂制得的新产品。这种镁铁铝尖晶石砖挂窑皮性能优，使用寿命也可与镁铬砖想抗衡，抗热负荷疲劳性能优良，可同时用于烧成带和过渡带，尤其用于轮垫处表现最好。在目前市场上镁铝尖晶石挂窑皮差的情况下，镁铁铝尖晶石产品是烧成带首选的镁铬砖替代产品。
镁铁铝尖晶石砖的柔韧性好，断裂功为900～1000N·m-1，比镁铬砖（w（MgO）=76%，w（Cr2O3）=18.5%）的600N·m-1以及镁铝砖（w（MgO）=91.5%，w（Al2O3）=6.5%）的150N·m-1高得多，说明其脆性较低，能适应窑壳的变形。这种砖的热导率与热膨胀性也比镁铝尖晶石砖的低，对碱盐侵蚀与废物料燃烧导致的还原性气氛有较强的抵抗能力，还能确保挂窑皮的稳定性。这种新型镁铁铝尖晶石砖的性价比也优于其他碱性砖。有关研究人员对镁铁铝尖晶石砖进行了测试，其测试结果表1所示。
3.硅莫砖
硅莫砖以莫来石、刚玉、矾土、碳化硅等为主要原料生产的耐火制品。主要成份为铝和硅，晶相以莫来石A3S2（3AL2O3.2SIO2）为主。其具有热震性好，热膨胀系数低、强度高，耐磨性好，耐化学侵蚀能力强适宜用在窑口到过渡带，目前也有尝试在过渡带及烧成带一起试用的案例。
结束语
综上所述，由于传统的耐火材料中含有的三价铬在转化为六价铬后，会对环境及人体健康造成危害，因此，许多国家已经开始研究水泥回转窑烧成带、过渡带的无铬耐火材料，并取得了一定的进展，其中包括镁铝尖晶石砖、镁铁铝尖晶石砖、硅莫砖等。随着科学技术的不断进步，无铬的耐火材料将会得到进一步创新，并广泛应用到水泥回转窑的运行中，从而促进我国水泥生产与环境协调发展。
参考文献
[1] 陈肇友.水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料[J].耐火材料，2010，06：404-408.
[2] 张宝鑫.水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料研究[D].辽宁科技大学，2008.
[3] 崔庆阳，薛群虎，寇志奇，丰文祥，李洪波.水泥回转窑烧成带用耐火材料的最新研究[J].耐火与石灰，2011，01：1-4.
[4] 魏博.水泥回转窑烧成带用无铬砖的性能及使用实绩[J].耐火与石灰，2015，03：41-42.