我國熱電行業(yè)旋風(fēng)爐應(yīng)用較多，其特點為：燃燒后的灰以液態(tài)渣的形式存在，減少了固態(tài)灰的環(huán)境污染。而液態(tài)渣遇水形成固態(tài)渣，又減少了灰的飛揚，便于應(yīng)用于貯存。雖然在旋風(fēng)爐內(nèi)大量的灰形成液態(tài)渣，但是仍有未燃盡的煤粉及大顆粒灰被吸到二次風(fēng)室繼續(xù)燃燒，形成灰渣沉積，工業(yè)上稱為二次燃燒室，其燃盡的灰由旋風(fēng)桶飛過沉積在爐底，在高溫(1500~1550℃)下形成液相，流向旋風(fēng)筒底再次排出，為此二次爐底的耐火材料需承受：(1)高溫融渣的沖刷和侵蝕作用，(2)渣中氧化鐵質(zhì)和二氧化硅質(zhì)在還原氣氛時被還原形成鐵硅合金融渣破壞爐底，(3)因爐體為金屬管構(gòu)成，其膨脹、收縮對耐火材料的破壞作用，(4)點爐后，未形成渣以前煙氣及灰顆粒的高速沖刷等，以上這些因素是應(yīng)用傳統(tǒng)GD-170水泥結(jié)合高鋁澆注料使用壽命只能維持一年左右的原因，與熱電行業(yè)要求鍋爐每三年大修一次的期限相差甚遠(yuǎn)，同時熱電行業(yè)沒停爐一次耗費的點爐用油達(dá)5萬元以上，因停產(chǎn)修爐造成的經(jīng)濟(jì)損失就更大，所以研制一種能使二次燃燒室爐底耐火材料壽命達(dá)到3年的新產(chǎn)品顯的尤為重要。
在總結(jié)各種材料應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合二次室工況，新型耐火材料的設(shè)計應(yīng)考慮：
(1)提高材料的中溫強(qiáng)度，使材料結(jié)構(gòu)致密，提高抗沖刷能力。因為水泥結(jié)合澆注料，中期強(qiáng)度低。其原因是水泥中存在大量鈣質(zhì)，中高溫時與鋁質(zhì)、鐵質(zhì)形成低熔點礦物CAS2和C2AS，這不僅增加材料在使用時的液相量，改變礦物組成，降低材料耐火性能，而且還會隨溫度變化產(chǎn)生體積效應(yīng)，從而導(dǎo)致材料的熔蝕和剝落。水泥結(jié)合劑屬于水硬性結(jié)合劑，而磷酸鹽結(jié)合劑屬于熱硬性結(jié)合劑，該結(jié)合劑常溫下硬化慢，強(qiáng)度低，但在高于常溫而低于燒結(jié)溫度時可以較快硬化且強(qiáng)度很高，因此使較理想的結(jié)合劑。
(2)改善高溫?zé)Y(jié)性能。材料在高溫時能否達(dá)到燒結(jié)，是材料抗沖刷與腐蝕的關(guān)鍵內(nèi)容。灰在高溫下形成熔渣，硅鐵合金也是在高溫下形成。如果高溫熔渣與合金不能破壞已燒結(jié)的材料，則抗沖刷能力就強(qiáng)。由于GD-170水泥材料基質(zhì)中材料以高鋁細(xì)粉和結(jié)合粘土為主，在高溫時形成大量玻璃相，所以抗侵蝕和沖刷能力很低。為改變這一狀況，試驗中選擇加入氧化鋁微粉及添加劑，使得材料在高溫時減少玻璃相含量，同時還可形成大量莫來石主晶相，增強(qiáng)抗侵蝕能力，特別是氧化鋁以微粉形式加入，可改善結(jié)構(gòu)制品的致密性，減少滲透性熔損。
實驗
原料
主要原料為高鋁礬土、亞白剛玉、氧化鋁粉、結(jié)合黏土，其成分和物料粒度見表1,2。
輔助原料為磷酸鹽、NF減水劑、外加劑(TS-1，GS-6，NT-8)。
表1 主要原材料成分
表2 物料粒度分布表 mm
表3試驗選用外加劑DS-1，GS-6和NT-8制得制品的物理性能
結(jié)果分析
選用三種不同的外加劑，在制備試樣時，發(fā)現(xiàn)坯料的流動性能不一樣，其流動性能為TS-1>GS-6>NT-8，而且在加入外加劑量相同的條件下，當(dāng)使用NT-8時，仍需加入少量水坯料才具有流動性，這是NT外加劑存在的普遍現(xiàn)象。試樣經(jīng)燒成后，加有TS-1的，制品表面有一定量的玻璃相，可能是由于外加劑TS-1高溫氧化作用產(chǎn)生的;加有GS-6的制品表面致密，燒結(jié)良好，加有NT-8的制品表面有少量微裂紋。從端面觀察;加有TS-1的制品較致密，加有GS-6的制品完整、非常致密，而加有NT-8的制品則疏松并有氣孔。
從鉆孔熔融侵蝕情況觀察;加有TS-1的制品侵蝕熔蝕最大，直徑增大，1.1mm，這是由于TS型添加劑與熔渣直接反應(yīng)，出現(xiàn)互溶現(xiàn)象造成的;加有GS-6的制品熔蝕最小;加有NT-8的制品有熔蝕現(xiàn)象，渣與產(chǎn)品粘結(jié)很緊，也存在基質(zhì)與渣的反應(yīng)。
從耐磨損度看，加有TS-1的制品優(yōu)于表面有一定玻璃相而存在一定的堅硬燒結(jié)層，但磨損一層厚里層的抗磨能力下降;抗磨能力明顯增強(qiáng);而加有NT-8的制品，由于二次莫來石化嚴(yán)重，而二次莫來石化引起的膨脹量大于物料的收縮量，導(dǎo)致制品膨脹，產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而使產(chǎn)品燒結(jié)較差，造成抗磨能力較低。
對于所使用的三種外加劑，由于GS-6的加入使物料具有較好的分散性和流動性，同時可使制品中產(chǎn)生的莫來石基質(zhì)量增加，有利于制品高溫性能的增強(qiáng)。而TS-1的加入，因在燒結(jié)開始時表面出現(xiàn)液相，使得氣孔封閉，組織了內(nèi)部的進(jìn)一步燒結(jié)，對制品的高溫性能產(chǎn)生不利影響，NT-8的加入，可使加入物與顆粒連接緊密，但高溫下膨脹使得材料強(qiáng)度下降。
綜合各種因素的影響，宜選用GS-6做為該制品的外加劑。
經(jīng)上述工藝制備的制品在某廠旋風(fēng)爐上使用，效果良好，較其它產(chǎn)品顯示出了較大的優(yōu)越性。
結(jié)論
(1)用外加劑GS-6，可有效的改善材料的燒結(jié)性能，產(chǎn)品抗侵蝕、抗沖刷能力增強(qiáng)
(2)采用具有中高溫強(qiáng)度的磷酸鹽做結(jié)合劑，顯著降低了由于高鋁水泥結(jié)合劑引起的膨脹與剝落。
(3)增加剛玉材料改善了基質(zhì)中剛玉晶相，提高了基質(zhì)強(qiáng)度，提高了抗熔滲透能力。
