本文分析了200萬(wàn)t球團鏈篦機-回轉窯中耐火材料的作用及重要性，同時(shí)分析了耐火材料失效的主要原因。根據耐火材料的失效機理，總結了改進(jìn)回轉窯耐火材料長(cháng)壽化的幾種方法。

1耐火材料作用 

在追求鋼鐵高產(chǎn)量的同時(shí)，對提高原材料利用率和減排也提出了更嚴格的要求。相比于傳統的高爐煉鐵，200萬(wàn)t球團鏈篦機-回轉密工藝制造的氧化球團有更高的品味和強度、以及更均勻的粒度，因此，在我國的現代鋼鐵生產(chǎn)中，百萬(wàn)噸級的球團鏈篦機-回轉窯設備逐漸受到學(xué)者與工作人員的重視。由于我國磁鐵礦存量逐漸減少，使用赤鐵礦作為原材料在鏈篦機-回轉窯生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)球團成為未來(lái)發(fā)展趨勢。赤鐵礦的主要成分是Fe2O3，赤鐵礦球團在回轉窯中焙燒時(shí)，需要溫度升至1300℃左右時(shí)，Fe2O3晶粒會(huì )發(fā)生長(cháng)大與再結晶。赤鐵礦不同于磁鐵礦的一顯著(zhù)特點(diǎn)在于使用赤鐵礦作為原材料進(jìn)行加工時(shí)，考慮其冶金性能，需要更高的工作溫度。

200萬(wàn)t球團鏈篦機-回轉窯的工作環(huán)境處在從常溫到高溫的不同溫度下，其中，回轉窯作為焙燒氧化球團礦的主要場(chǎng)所，處在最高的工作溫度下，回轉窯內工作溫度需要高于1400℃，普通的鋼無(wú)法承受這種高溫，所以一般在鋼的內部增加一層耐火材料。因此，設計其內襯時(shí)，必須選用合適的耐火材料。耐火材料可以安全有效地提高回轉窯中工作溫度，在冶金反應中，得到更高的反應溫度，進(jìn)而提高氧化球團礦的質(zhì)量。

2耐火材料失效原因分析

鏈篦機-回轉窯工藝中的回轉窯通常由筒體、回轉窯內襯、滾圈、窯頭與窯尾罩、燃燒裝置、傳動(dòng)裝置、支撐裝置、下料設備組成。據報道，2017年回轉窯停產(chǎn)原因的統計分析中，回轉窯停產(chǎn)大約一半是由于回轉窯的內襯破損?；剞D窯是物料加熱的主要場(chǎng)所，內襯使用耐火材料。在反應過(guò)程中，物料會(huì )頻繁地與內襯發(fā)生機械摩擦，同時(shí)，回轉窯在使用過(guò)程中頻繁急冷或急熱，造成內應力集中，易出現脫落、還原等損壞。

回轉窯在使用過(guò)程中處在1400℃以上的高溫，由于設計工藝缺陷或操作不當，出現的急冷或急熱會(huì )使內襯耐火材料出現應力集中?；剞D窯內襯的主要成分一般為氧化鋁。材料的抗熱震性不足是過(guò)早發(fā)生失效的原因?？篃嵴鹦灾傅氖悄突鸩牧?回轉窯內襯)的在急冷急熱的溫度驟變情況下而不發(fā)生破壞的性能，屬于工程參數。

關(guān)于物料氧化球團與回轉窯的內襯發(fā)生機械摩擦，主要原因是氧化球團礦在還原過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹。國內外對球團膨脹機理的描述，已經(jīng)成型的理論體系主要有四種：

1)碳沉積膨脹理論，低溫還原特性，一氧化碳被還原為碳單質(zhì)，碳單質(zhì)在球團礦的縫隙中發(fā)生沉積導致球團開(kāi)裂體積膨脹。

2)堿金屬膨脹理論，認為鐵礦或添加物中的堿金屬在反應過(guò)程中使鐵的還原反應加快，導致反應迅速發(fā)生球團膨脹。

3)鐵晶須膨脹理論，認為微觀(guān)組織中纖維狀的金屬鐵會(huì )使晶粒間產(chǎn)生應力場(chǎng)，最終導致球團體積膨脹。

4) 埃德斯特累姆理論，認為球團的膨脹是還原產(chǎn)物二氧化碳與水蒸氣的產(chǎn)生速度大于擴散速度，導致球團礦的開(kāi)裂膨脹。

3耐火材料長(cháng)壽化改進(jìn) 

3.1改進(jìn)耐火材料實(shí)現長(cháng)壽化

回轉窯的內襯大部分使用耐熱耐磨的特級高鋁，主要成分為氧化鋁，原料為剛玉。由于氧化球團物料硬度較高，還原反應過(guò)程中很容易與內壁摩擦，所以不在內襯上黏附熟料當作保護層(窯皮).這對耐火材料的耐熱耐磨性能提出了更高的要求。當氧化鋁耐火材料在快速地受熱或受冷中，會(huì )發(fā)生膨脹或收縮，各部分之間會(huì )因變形互相制約并產(chǎn)生熱應力。當熱應力超過(guò)耐火材料的內部結合力時(shí)，材料就產(chǎn)生崩裂或剝落。因此，對耐火材料的改進(jìn)可以從抗熱震性考慮。

影響抗熱震性的因素有材料的熱膨脹系數、傳熱系數、彈性模量、材料的強度、斷裂韌性。傳熱系數提高，熱導率越大，材料內部溫差就越小，材料不同位置的應力差就越小，抗熱震性也越好；材料的固有強度越高，承受熱應力發(fā)生破壞的臨界應力越大，抗熱震性越好；斷裂韌性越高，斷裂前吸收的能量越高，抗熱震性越好；熱膨脹系數小，材料溫度變化引起體積變化小，由于體積變化帶來(lái)的應力也越小，抗熱震性好；彈性模量越高，材料由于溫差產(chǎn)生的應力難以通過(guò)彈性變形抵消，抗熱震性越差。材料的內部組織結構和幾何形狀等也會(huì )對抗熱震性有影響。一般地講，材料組織相對疏松，有一定氣孔率，有適當的微裂紋存在，都可以提高斷裂能，使材料在熱沖擊下不致被破壞。另外，形狀相對簡(jiǎn)單、外形相對均勻的構件抗熱震性能要好于形狀復雜、結構不均勻的構件。

氧化鋁作為內襯材料，就其材料特性而言具有較好的抗熱震性。對氧化鋁耐火材料作為回轉窯內襯的改進(jìn)，可以從組織出發(fā)。使用造孔劑方法和等靜壓成型可以制備多孔的氧化鋁，制得的氧化鋁可以測量密度與氣孔率，或使用掃描電子顯微鏡觀(guān)察表面形貌來(lái)判斷是否得到疏松帶有氣孔的氧化鋁材料。據報道，制備的多孔氧化鋁在大約800℃熱震后的殘余強度相比380℃熱震后殘余強度， 從31MPa減小到6MPa， 掃描電子顯微鏡觀(guān)察到較少的裂紋和缺陷，多孔的氧化鋁抗熱震性較好。

同時(shí)，在回轉窯結構設計上，可以通過(guò)對危險部位加固以防止過(guò)早失效。對受熱膨脹導致脫落的部位增加保護措施，可以用焊接的方法防止螺栓受熱松動(dòng)后部件發(fā)生移動(dòng)，耐火材料不會(huì )因此發(fā)生松動(dòng)。也可以改善回轉窯整體結構，使用對稱(chēng)砌筑法，計算膨脹應力并保留膨脹縫。根據已有的報道，使用這些方法都可以有效地提高回轉窯應力集中部位的使用壽命。

如果氧化球團含有堿金屬，又不得不進(jìn)入回轉窯煅燒，可以考慮更換耐火材料放止堿金屬腐蝕。鎂鉻耐火材料是鎂砂、鎂鉻砂等作為主要材料高溫煅燒的來(lái)，為弱堿性化合物，所以相比氧化鋁耐火材料，鎂鉻耐火材料對堿金屬的腐蝕具有較好的抵抗作用。鎂鉻耐火材料目前多用于煉銅產(chǎn)業(yè)，主要原因是鎂鉻對銅行業(yè)的堿性爐渣具有抗蝕作用。隨著(zhù)高溫工藝的發(fā)展，鎂鉻耐火材料在煉鐵中也有一定的應用前景，如熔融還原煉鐵法等。隨著(zhù)我國科研實(shí)力的進(jìn)步，研究人員共同努力會(huì )推動(dòng)更多的耐火材料的發(fā)展。

3.2改進(jìn)氧化球團實(shí)現耐火材料長(cháng)壽化

氧化球團在回轉窯中發(fā)生高溫還原反應，由于反應溫度高、反應迅速，鐵的氧化物被還原成鐵單質(zhì)和CO、CO2、水蒸氣的混合氣體。反應伴隨的體積膨脹是由于相變、混合氣體或二者共同作用造成的，據報道體積膨脹最大可達20%左右。由于反應過(guò)程中的體積膨脹，物料會(huì )對回轉窯內襯施加較大的摩擦力，導致磨損。而且，不同成分的物料對回轉窯也會(huì )材料也會(huì )有不同的侵蝕，其中，含有二氧化硅與鐵的化合物反應生產(chǎn)鐵橄欖石使爐渣黏結，也與氧化鋁耐火材料中的AI2O3形成二次莫來(lái)石，導致耐火材料結構疏松。堿金屬會(huì )明顯腐蝕耐火材料，隨著(zhù)堿金屬的增加，耐火材料裂紋數量也增加了。

從氧化球團對耐火材料造成的影響可以判斷，在鏈篦機-回轉窯法中，使用高質(zhì)量的氧化球團可以有效提高回轉窯耐火材料使用壽命。為此，可以對氧化球團增加預處理工藝提高球團礦品質(zhì)。

3.3改進(jìn)工藝實(shí)現耐火材料長(cháng)壽化

為了減少急熱和急冷對耐火材料的熱應力而使耐火材料失效，需要從工藝角度出發(fā)。加熱時(shí)，根據材料特性與回轉窯結構設定升溫曲線(xiàn)，冷卻時(shí)，按照提前停止下料、不打開(kāi)觀(guān)察孔等標準停窯程序進(jìn)行以防止突然停窯降溫過(guò)快?；剞D窯應定期檢修，檢查技術(shù)參數、尺寸等，更換失效部件，保證設備各部分有效穩定運行。

4結論 

隨著(zhù)國家對冶金行業(yè)環(huán)保的重視，200萬(wàn)t鏈篦機-回轉窯由于能源利用率高等優(yōu)勢受到眾多冶金生產(chǎn)廠(chǎng)家的重視。而回轉窯內襯耐火材料壽命較短、需要頻繁的更換處理，使設備運轉率低，提高了冶金過(guò)程的生產(chǎn)成本，降低了經(jīng)濟效益。因此，分析了耐火材料失效的原因主要是物料對內襯的機械作用力和設備急冷急熱產(chǎn)生的熱應力共同導致的。并有針對性地提出了耐火材料長(cháng)壽化改進(jìn)的幾個(gè)方法：

 1)改進(jìn)內襯耐火材料，對現用的特級高鋁進(jìn)行改性或選用新材料。

 2)預處理氧化球團，以降低其在煅燒過(guò)程中的體積膨脹，從而降低其與內襯的機械作用力。

 3)合理化生產(chǎn)工藝，盡量避免速率過(guò)快的加熱和冷卻。