在煅燒水泥用回轉窯中采用各種不同種類的不定形耐火材料。在大多說情況下采用高鋁質不定形耐火材料及Al2O3-SiC質耐火材料。在水泥工業(yè)煅燒用回轉窯中廣泛采用具有高密度就碳化硅含量低的高鋁質澆注料制作燒嘴及出料端砌塊。在日本，為了此種目的的采用抗侵蝕性高的堿性澆注料，但是更經(jīng)常采用的是高純度剛玉質澆注料。
熾熱的燒結水泥熟料經(jīng)過燒嘴和出料端向外出料。該部位耐火材料的典型損毀機理如下：
窯燒嘴澆注料損毀的主要因素如下：
— 由于回轉窯的輻射熱及冷卻部件的冷空氣造成的熱沖擊導致材料產生裂紋和剝落;
— 堿類化合物與水泥熟料之間的化學反應導致形成易熔組分及因耐火材料結構造成的材料分層剝落;
— 熱蒸氣和水泥粉塵的存在導致耐火材料受到磨損和沖刷。
試驗
為了研究抗堿類物質的侵蝕和抗開裂性，向低水泥剛玉質澆注料中加入不同數(shù)量的SiC。
隨著SiC含量的增加，高溫強度和彈性模量下降，后者是抗開裂的指標。根據(jù)經(jīng)驗，選定SiC含量為3a%，它可保證較高的抗裂性。
此外，還通過加入二氧化硅砂的方法來進行阻止堿類物質侵入的試驗。
如上所述，采用高鋁質剛玉澆注料制成的試樣進行抗堿類物質侵蝕性的試驗。試驗結果表明，在SiC含量為2a%的試驗內部出現(xiàn)毛發(fā)狀裂紋;而在SiC含量為3a%的試樣中則無裂紋和結構性缺陷。因此，可以推測，由于二氧化硅砂中所含的易熔組分(熔劑)將澆注料基質包覆起來，這樣就阻止了堿類物質的侵入。
所開發(fā)材料的性能
根據(jù)試驗結果，對傳統(tǒng)的Al2O3-SiC質澆注料(SiC含量5%)、高鋁質澆注料及開發(fā)的新型澆注料之間的差異做了比較對比。利用下列參數(shù)作為評估的準則：
—可加工性(液態(tài)流動性及凝固效果);
— 抗堿類物質侵蝕性(抗侵蝕性試驗);
— 抗開裂性(彈性模量、空氣冷卻法抗熱震性試驗、常溫耐壓強度與加工溫度的關系);
— 耐磨性(高溫抗折強度)。
抗開裂性評估
抗沖擊和結構性沖擊是耐火材料內襯損毀的主要因素。為了檢測抗熱沖擊的能力，將試樣多次加熱至1400℃，然后迅速冷卻。為了進行定量分析，對彈性模量及強度及溫度之間的關系做了比較分析。經(jīng)過30min的反復加熱和冷卻之后，在新型試樣及高鋁質試樣上均為發(fā)現(xiàn)有裂紋;而在Al2O3-SiC質試樣的表面上卻發(fā)現(xiàn)有許多裂紋。
根據(jù)試驗結果，兩種傳統(tǒng)材料的試驗顯示了較高的彈性模量值，而新型材料的試樣則顯示出了極低的彈性，這說明后者抗熱沖擊性及抗結構沖擊性良好。根據(jù)取得的結果可以預測：加入SiC后，由于形成了相應的多孔結構，因而延緩了易熔組分的燒結。
材料強度的變化與溫度之間的關系。當加熱至1000℃及1300℃時，傳統(tǒng)材料試樣的強度曲線比新型材料試樣的曲線更陡些。據(jù)預測，新型材料試樣具有更高的抗熱開裂性。
抗堿類物質侵蝕性的評估
可以通過抗堿類物質侵蝕性的試驗來評估材料的抗堿類物質的侵蝕性。首先評估外部狀況和研究試樣截面的平坦程度，然后進行能量分散光譜分析。
根據(jù)研究結果，高鋁質材料試樣出現(xiàn)結構損毀。據(jù)預測，堿類物質侵入試樣體內并形成某些易熔組分，使材料的結構遭到損毀。在Al2O3-SiC質試樣中并未發(fā)現(xiàn)裂紋，但出現(xiàn)了較寬的損毀層。另外，未發(fā)現(xiàn)堿類物質侵入的跡象，但是觀察到由于試樣與堿類試劑之間發(fā)生而形成的損毀層。
為了更精確的分析，采用能量分散光譜分析方法研究了每個試樣截面的平坦程度，其結果見表1。
表1 采用能量分散光譜分析法測定的試樣組分/%
抗磨損性的評估
新型澆注料的強度與Al2O3-SiC質澆注料的強度近似，而高鋁質澆注料的強度則很低。可以預測，新型澆注料能夠成功地抵抗熱水泥熟料和熱空氣的磨損。
工業(yè)試驗結果
在工業(yè)試驗條件下試驗了含30%SiC的Al2O3-SiC質澆注料。該澆注料的使用壽命顯著延長。在試樣上只發(fā)現(xiàn)少量的毛發(fā)狀裂紋。
材料的試驗結果報告如下：
K水泥用在燒嘴下部邊緣：
—材料的試驗數(shù)量：3t(向傳統(tǒng)澆注料中加入50%);
H水泥用在燒嘴的邊緣;
— 材料的試驗數(shù)量：1.8t;
— 使用時間：6個月;
— 使用壽命：與傳統(tǒng)澆注料比較，壽命提高50%。
結論
對新開發(fā)的水泥回轉窯燒嘴用的Al2O3-SiC質澆注料進行分析后，可以得出如下結論：
(1)SiC氧化時所形成的覆蓋保護層，可以抑制堿類物質侵入澆注料的結構中。
(2)材料的微觀結構有助于吸收熱應力和結構應力，有利于減少裂紋的形成和分層剝落。
(3)保證在各種不同溫度下的強度穩(wěn)定，可以減少材料的分層剝落。
