無水泥耐火混凝土

近年來，無水泥耐火混凝土已成功應(yīng)用于水泥生產(chǎn)線并取得一定成果，現(xiàn)正在應(yīng)用實踐基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化提高。

1　性能

無水泥耐火混凝土又稱納米技術(shù)混凝土，混凝土內(nèi)膠結(jié)劑的顆粒尺寸接近原子。此類物質(zhì)穩(wěn)定分散在懸浮溶膠體內(nèi)，提供潛在的反應(yīng)表面的水化二氧化硅（SiO2）的膠體。懸浮溶膠作為粘結(jié)劑，在耐火混凝土內(nèi)取代作為傳統(tǒng)粘結(jié)劑的高鋁水泥。

納米技術(shù)耐火混凝土對高溫敏感較低，溶膠與混凝土內(nèi)其余成分混合，生成Si-O-Si或Si-O-X硅氧烷鍵，生成足夠的強度，以延長耐火混凝土的使用壽命。

水泥窯內(nèi)目前使用的高鋁水泥耐熱混凝土，在水泥水化時，體內(nèi)會產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，煙氣內(nèi)的堿、氯、硫化合物滲入孔隙，與混凝土內(nèi)成分起化學(xué)反應(yīng)損壞混凝土。而納米技術(shù)混凝土內(nèi)孔隙小且數(shù)量少，有害化合物難于滲入，不易損壞混凝土。

納米技術(shù)混凝土還具備抗機械沖擊和抗熱磨蝕性能。在10～40℃環(huán)境溫度下施工，通過聚合反應(yīng)使其硬化。

納米技術(shù)混凝土可振搗澆注，也可噴射施工。目前噴射裝備的噴射高度可達100m，噴射量2.5m3/h，滿足水泥燒成系統(tǒng)全部裝備的需求。

納米技術(shù)混凝土施工凝結(jié)時間較短，8h即可達到潮濕強度，在100～200℃的溫度范圍內(nèi)烘干約8h，窯啟動在36h內(nèi)。而高鋁水泥混凝土在100～600℃溫度范圍內(nèi)烘干，烘干時間約需36～48h，窯啟動在88h內(nèi)（圖1）。若烘干時間過短，混凝土內(nèi)蒸汽壓力會使其碎裂（圖1、圖2）。

2　應(yīng)用

德國SPZ水泥公司一臺年產(chǎn)120萬噸熟料的4級預(yù)熱器窯，在大量煅燒代用燃料后，在冷卻機熱端頂部彎頭、側(cè)墻、燃燒器噴口、預(yù)熱器上升煙道和入窯進料室損壞嚴(yán)重，且使用周期短，一般僅7個月就需更換。從2013年1月起，改用無水泥耐火混凝土，取得了較好效果。

2.1窯的配料率值

硅酸率（SM）2.9～3.2，鋁氧率（AM）2.11～2.18，石灰飽和系數(shù)（LSF）97～99，熟料熔體1 450℃時22%～24%，以上數(shù)據(jù)表明，耐火襯體所承受的熱應(yīng)力較高。

代用燃料量超過60%，燃料內(nèi)所含的堿、氯、硫含量對襯體所承受的化學(xué)應(yīng)力高。

2.2無水泥耐火混凝土的應(yīng)用

（1）冷卻機前端頂部彎頭部位

長時期以來，該部門使用含ZrO2和SiC的低水泥耐火混凝土，使用壽命約7個月。2013年1月，改用以莫來石為主體、含10%SiC無水泥耐火混凝土，2013年9月在運行7個月后檢查顯示完整。2014年6月檢查襯體仍然完整。

圖1　低水泥和無水泥耐火澆注料內(nèi)部蒸汽壓力

圖2　低水泥和無水泥澆注料在空缺內(nèi)烘干加熱時間

（2）冷卻機側(cè)墻

冷卻機側(cè)墻耐火混凝土壽命以往最長為12～15個月，而改用含30%的無水泥耐火混凝土，使用5個月后，襯體仍然完整，現(xiàn)仍在運行。

（3）燃燒器前端

燃燒器前端耐火混凝土通常使用6～10周即需調(diào)換。近年來采用含剛玉的低水泥耐火混凝土，使用壽命有所增加，2013年12月改為高鋁質(zhì)無水泥耐火澆注料，2014年7月停窯檢查前端襯體完善，目前仍在使用。

3　進口窯-上升煙道

入窯料的堿硫比為0.79～1.66，襯體承受重的堿侵蝕，使用含SiC的低水泥耐火混凝土，以抗結(jié)皮，使用壽命約7個月。改為含30%SiC的無水泥耐火混凝土后，使用超過7個月后檢查，襯體仍然完整，現(xiàn)仍在使用。

此外，為增強抗堿性能，研究了第二代莫來石結(jié)合無水泥耐火混凝土。

通過上述應(yīng)用，無水泥耐火混凝土在高熱應(yīng)力、高化學(xué)應(yīng)力的工況下應(yīng)用，不僅縮短了施工所需的烘干時間，而且提高了使用壽命，雖然價格高些，但仍然得到工廠的肯定。

陳友德編譯自

No.12/2014World Cement