回轉窯轉運流槽高強耐磨澆注料的研制與應用

薛海濤，叢培源

（中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢430081）

隨著石灰窯大型化，高效化發展，對內襯耐火材料要求越來越高，一旦耐火材料發生損毀，直接影響整窯的正常運行及設備壽命。特別是轉運流槽使用條件苛刻，國內外對此進行了大量優化設計，大多采用剛玉質及碳化硅質材料，但由于熱振性能不好，總體壽命不高。本文以莫來石為主原料，利用莫來石本身抗熱振性能好，加入5%的活性硅微粉和2%的鋼纖維，通過整體澆筑施工方式，材料高溫強度高，熱振穩定性好，抗剝落性優良，能達到和超過一年使用壽命，為石灰窯穩定運轉提供了保證。

1 回轉窯轉運流槽簡介

轉運溜槽用于向回轉窯內轉送物料，外形呈漏斗狀，耐材設計以澆注料為主，輔助砌筑碳化硅磚（見圖1），此處主要受石灰石的沖擊、磨損和高溫氣流沖刷及堿性物料浸蝕，要求選用強度高、熱振穩定性好、抗沖擊和耐磨性好的耐火材料[1]。選用國外某公司60%Al2O3低水泥澆注料、碳化硅磚（相關指標見表 1、表 2）。

圖1 轉運溜槽結構示意圖

表1 60%Al2O3 低水泥澆注料指標

表2 碳化硅磚指標

2 高強耐磨澆注料的研制

針對回轉窯轉運溜槽使用特點及使用溫度，材料要求流動性好、強度高、耐磨性好。采用棕剛玉、莫來石為骨料，配以純鋁酸鹽水泥為結合劑，為了進一步增強和改善材料韌性，減少材料剝落掉塊現象，加入一定量耐熱不銹鋼纖維。其基本試樣配方為：M60（8-1）36%～45%，棕剛玉（1～0，200 目）30%～40%，活性硅微粉3%～7%，活性氧化鋁粉2%～6%，S71 水泥3%～5%，不銹鋼鋼纖維1%～4%，外加劑0.2%左右。

2.1 硅微粉加入量對材料流動性的影響

對于澆注料，流動性是施工最重要的指標。為了使澆注料有較好流動性，在加水量保持4.5%不變的情況下，加入硅微粉量與流動值關系如圖2 所示。

活性硅微粉具有較小的粒徑，平均為0.1～0.5 μm，具有較大的比表面積，起到填充減水、改善流動性作用。高溫下水泥中的CaO 會與A12O3和SiO2發生反應，生成低熔點相，降低澆注料的高溫性能[2]。因此在滿足最小加水量的同時，盡可能減少氧化硅微粉的加入量。通過試驗，發現加入5%的硅微粉能達到最好效果。

圖2 SiO2 加入量對流動值影響圖

2.2 不銹鋼纖維加入量對材料性能的影響

回轉窯轉運溜槽在溫度變化及料塊沖刷下，易產生裂紋剝落，通過添加不銹鋼纖維，在一定溫度下能改善其韌性，承受澆注料所產生的應力，阻止其裂紋擴展，從而減少剝落掉塊現象。本實驗選用熔抽方法生產的鋼纖維，表面粗糙，形成扁凹形，與耐火澆注料的握裹力強，有利于加強澆注料的增強增韌作用。

由于鋼纖維澆注料增韌沒有直接測量方法，采用試樣尺寸70 mm×70 mm×70 mm 立方體，經1 100℃×3 h 煅燒后，將重量為 0.8 kg，直徑為 60 mm 的鐵球從100 cm 高處自由下落碰撞到試塊，記錄試塊第一次出現裂縫和破壞時的碰撞次數。加入不同量鋼纖維碰撞結果見表3。

表3 不同鋼纖維加入量澆注料的碰撞試驗結果

從表3 可以看出，加入3%鋼纖維的澆注料具有最好增韌效果，由于加入鋼纖維后，對材料的流動性有一定影響，綜合成本和材料性能，最終加入鋼纖維量為2%。

最終研制的高強耐磨澆注料性能指標見表4。

3 高強耐磨澆注料的施工

材料施工對材料最終使用性能有至關重要影響，高強耐磨澆注料施工步驟如下：

（1）基層處理

表4 高強耐磨澆注料性能檢測數據

由于回轉窯轉運流槽的損毀絕大部分是由于材料層從基層界面處脫落而導致的，因此基層的處理至關重要。基層應焊接鋼筋錨固件，錨固件按梅花型分布，保持合理間距，在特殊部位可以加密錨固件，以增加澆注層與基層的附著力。

（2）澆注料的攪拌

澆注料宜采用攪拌機攪拌，加入材料后先干攪1～2 min，再加水攪拌，攪拌時間一般為 2～3 min。要嚴格控制好加水量。具體使用環境溫度對加水量影響較大，可適當調整，加水攪拌時應注意該材料流變性有一個瞬間變化過程，因此要嚴格控制材料加水量，切勿因加水過多而影響使用效果。攪拌地點應盡量靠近施工地點，減少運輸距離。每次攪拌量應視使用量多少而定，攪拌后的材料應在30 min 內使用完畢。

（3）養護

夏季施工，施工完畢后自然養護即可。冬季施工，應采取一定的保溫措施，如加蓋草袋或巖棉被。由于材料的強度隨養護時間增加是一個線性增長的過程，因此，條件允許的前提下，應盡量延長養護時間。

施工現場圖片見圖3。

圖3 高強耐磨澆注料施工現場圖

4 現場應用

太鋼東山礦回轉窯轉運流槽在使用過程中，內部澆注料及碳化硅磚剝落，爐殼溫度急劇升高，采用本實驗研究的高強耐磨澆注料進行整體澆筑，現場使用1 a，材料內部結構完好，表面溫度低于100 ℃，使用效果良好。

5 結論

（1）通過優化基質，加入5%活性硅微粉，改善材料施工性能，通過加入2%鋼纖維，提高材料的韌性，最終使材料有較高強度和抗沖刷能力。

（2）采用本研究高強耐磨澆注料對太鋼東山礦回轉窯轉運流槽進行整體澆注，爐殼溫度由最初420 ℃，使用一年后，爐殼表面溫度低于100 ℃，為回轉窯長期穩定運行提供了保證。