关键词：莫来石均质料，高铝矾土熟料，硅莫砖，耐磨性能，导热系数，水泥窑

  引言

  目前我国矾土资源利用率很低，大量的中低品位的矿石被废弃，资源浪费现象非常严重^[1-2]。立足我国高铝矾土资源特点，采取措施降低Ⅱ等高铝矾土杂质含量（主要TiO₂和Fe₂O₃），并通过多级均化、真空挤泥、高温可控刚玉/莫来石化烧结等联合工艺获得优质莫来石均质料。莫来石均质料二次莫来石化程度高，晶相发育良好，并且吸水率低，结构致密。适宜开发具有低气孔、低蠕变、高耐磨等优良性能新型定型制品^[3-4]。

  随着水泥生产技术的进步，水泥回转窑逐渐向大型化发展。水泥回转窑过渡带对耐火材料热震稳定性、耐磨性、抗机械应力、抗化学侵蚀的要求越来越高。现阶段硅莫砖的生产主要采用回转窑或者倒焰窑生产，铝含量为85%以上的铝矾土与红柱石，碳化硅等配合制备而成^[5-6]。本文研究莫来石均质料替代铝矾土在硅莫砖中的应用。利用莫来石均质料代替Al₂O₃含量为85%或者88%的高铝矾土与红柱石，碳化硅等混合后，经高压成型、高温烧成制备了新型硅莫砖。使用莫来石均质料能够提高产品的荷重软化温度及耐磨性能，同时降低了产品的体积密度，使产品单重减小，从而降低了回转窑内衬负荷达到节能降耗目的，并延长其内衬的使用寿命。

  1. 试验

  1.1试验原料

  新型硅莫砖以莫来石均质料为骨料，特级矾土，碳化硅，红柱石和金属硅为基质配合而成。为莫来石均质料的理化性能指标。可以看出，莫来石均质料相对85矾土熟料具有杂质含量低，体密低的特点。

 莫来石均质料的XRD图谱可以看出，主晶相为莫来石相，还有一部分刚玉相。从莫来石均质料微观结构照片中可以看出，高温烧结莫来石均质料莫来石晶相发育良好，晶粒生长均匀，并且形成较为完善的莫来石网络结构，结构紧密。

1.2新型硅莫砖的理化性能

  1.2.1 结果与分析

  1）常规理化性能检测

  按照相应国家标准进行试样常规性能检测，具体如下：按GB/T2997-2000检测试样体积密度和显气孔率，按GB/T5072-2008 检测试样常温耐压强度，按YB/370-1995检测试样的荷重软化温度，按YB/T376.1-1995检测试样的热震稳定性（1100℃，水冷）。

 列出了新型硅莫砖烧后试样的理化性能列出了新型硅莫砖与普通硅莫砖理化性能的比较。

  采用莫来石均质料代替Al₂O₃含量85%或者88%高铝矾土熟料制备新型硅莫砖，与普通硅莫砖性能对比可以发现：新型硅莫砖的Al₂O₃含量降低10%左右，SiC含量相当。但是试样的显气孔率和体积密度降低，新型硅莫砖的耐压强度和荷重软化温度明显提高

A 耐磨性

  耐磨性能对于硅莫砖来说是一个非常重要的指标，在高温使用过程中，硅莫砖因为SiC的氧化在其表面形成了一层致密的玻璃质釉层，避免了硅莫砖与磨损颗粒的直接接触，从而起到保护硅莫砖的作用。表面致密釉层在高温使用过程中会被不断的磨损，但其新的致密釉层又会不断形成，使得材料具有良好的耐磨性能^[7]。从新型硅莫砖与普通硅莫砖耐磨系数对比试验可以看出，新型硅莫砖的耐磨性能要优于普通硅莫砖，特别是内部耐磨性能。图3为新型硅莫砖和普通硅莫砖耐磨试验后外观形貌照片。从图中可以看出，普通硅莫砖骨料和基质被冲刷现象比较严重，而新型硅莫砖磨损较少，这主要是因为新型莫来石均质料结构致密，体积稳定，使得硅莫砖的强度高，气孔率低，从而提高了其耐磨性能。

 B 导热性

  目前，已有多种导热系数测试方法，如平板法、热流法、热线法、激光法等等。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域和材料。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。本实验，在同等的检测方法（激光法）下，对镁铝尖晶石砖和新型硅莫砖进行导热系数的检测。

 导热系数的检测结果(武汉科技大学)

  通过检测数据对比，验证了镁铝尖晶石砖的导热系数大于新型硅莫砖，而在实际应用中，跟踪产品实际使用效果来比较新型硅莫砖和镁铝尖晶石砖筒体温度，同样验证了导热性能上的差异。

  C 荷重软化温度

 给出了不同配方的试样烧成后荷重软化温度。一般情况下，荷重软化温度主要与试样的骨料有关，显然用70莫来石均质料替代85矾土熟料后提高了材料的荷重软化温度。

试样的荷重软化温度

  2 新型硅莫砖的应用

  实例一：下表为某水泥厂回转窑耐火砖砌筑情况：优化前后配置

某水泥公司5000t/d水泥窑的优化前后配置

  在上过渡带前段 28m~35m处，优化前使用镁铝尖晶石砖的筒体温度平均在380℃左右，而优化后使用新型硅莫砖的筒体温度平均在320℃，相差近60℃，可以明显体现出新型硅莫砖能很好的使用在上过渡带前段，替代镁铝尖晶石砖，而且其导热系数比镁铝尖晶石低的特点得到了良好的体现，筒体温度低约60℃，起到了节能的效果。

  实例二：下表是某水泥厂回转窑高温带耐火砖的具体配置情况。为了充分说明新型硅莫砖的导热性低，在上过渡带前段使用了3m（16m~19m）新型硅莫砖，后面11m（19m~30m）砌筑镁铝尖晶石砖以做对比。

 某水泥厂日产2500吨水泥熟料干法水泥窑内衬耐火砖配置

  项目组依据本次试验跟踪观察记录3个月的窑筒体外壁实际温度记录

5月份窑筒体外壁温度

 6月份窑筒体外壁温度

 7月份窑筒体外壁温度

  结合耐火砖配置及筒外壁温度可以明显发现，从16m处温度急剧下降，17m左右筒扫温度最低，19m后温度开始上升，到23m~25m达到320℃左右。这与新型硅莫砖所处位置相吻合。以此判断，新型硅莫砖导热系数明显低于镁铝尖晶石砖，可以为水泥厂节煤耗