硅莫砖在水泥回转窑上的应用及发展

　　一、硅莫砖的由来

　　硅莫砖是以莫来石（3Al2O3.2SiO2）和碳化硅（SiC）为主要矿物组成的烧成砖。其特点是既有莫来石的抗高温性能又具备碳化硅的耐磨耐腐蚀、导热性能好等优点。上世纪80年代兴建宝钢时，从新日铁引进的外型像鱼雷罐的容器内所砌的耐火材料就类似现在的硅莫砖。实际上是硅酸铝制品的改性材料，铁水罐原用材料是以高铝为主的耐火砖，在钢铁行业的技术进步中，为了加快炼钢速度，事先在铁水罐中加入一定量的氧化钙（CaO）进行所谓预处理。这样罐内的耐火材料既要承受铁水的高温侵蚀又要抵抗强碱性腐蚀，显然高铝材质顶不住了，于是在高铝材质中加上适量的碳化硅就形成了一个新的品种，冶金行业把它称为硅酸铝结合碳化硅的烧成砖。

　　上世纪九十年代开始，新型干法炉外分解水泥窑炉在国内得到迅速推广，这种先进的生产方式给耐火材料带来了极为苛刻的要求，大型水泥回转窑的热力强度和转速提高后，在过度带承受的温度也达到1400℃，而且温度变化频繁，后过渡带又处在轮带附近，承受较强的机械应力，很不容易挂好窑皮，而且从工艺角度看该段带也不宜挂窑皮，但由于热应力和机械应力的作用，造成该部位的耐火材料的使用寿命往往比烧成带还短，成为全窑的薄弱环节，所以原来在该段带配置的高铝砖不符合使用要求。因此上世纪九十年代起国家建材研究院对提高高铝材质的热力强度、耐磨性、抗腐蚀和提高热震稳定性进行深入研究。主攻方向还是在高铝材质中加入碳化硅等外加剂和添加物，通过新的工艺，生产出适应该段带使用要求的新品种，在逐步推广应用中，硅莫砖作为一个商品名称应用于水泥回转窑。随着研究的深入和产业化的迅速发展，现在已有多家耐火材料厂生产各种牌号的硅莫砖。本公司在硅莫砖的研制和生产上下了很大功夫，并且得到我国建材科学研究总院资深研究员的指导和帮助，开辟了年产3万吨的专利生产线，成为公司的主导产品，尤其是2008年完成的SA_1680硅莫砖，正式获得国家发明专利授权，圣奥牌高强致密硅莫砖在新型干法回转窑的使用中得到了用户的好评。

　　二、硅莫砖的技术性能及工艺特点

　　本公司以水泥工业的需求为动力，在科学发展观的指导下，围绕水泥工业的技术进步，开发了适用于新型干法回转窑各段带使用的各类耐火材料和保温材料数十个品种，其中在过渡带使用的硅莫砖分为三个牌号，理化指标如下：

　　本公司生产的硅莫砖的特点是高强耐磨抗震稳定性好，在回转窑的使用中取得了良好的使用效果，在水泥回转窑的次烧成带和过渡带的使用寿命优于尖晶石砖，主要原因是尖晶石砖在使用中由于碱侵蚀而形成侵蚀段带，造成热面产生裂隙和剥落而加速损毁。而硅莫砖结构致密，莫来石和SiC晶体稳定，加上砖面形成连续的SiO2致密层，阻止了气体和熔融物的侵蚀。加上SiC的热导率高、热膨胀系数小，制品的热抗震稳定性好。这些性能特点使硅莫砖不易断裂和产生剥落，而且由于热导率低于镁质材料，使筒体受热不致过高，这不仅保证了回转窑筒体的正常运转，而且节约了燃料。

　　硅莫砖的另一特点是在使用中会产生微膨胀，本公司的测试结果为0.45%左右，这有利于提高筒体与砖及砖与砖之间的紧密结合，具有良好的体积稳定性。但要注意在砌筑时留好热胀缝，一般在轴向每0.6M—1M，即3—5环砖需加1环3mm纸板，径向砖环每15块左右加3mm纸板。

　　此外硅莫砖的使用性能也明显的优于抗剥落高铝砖和耐磨性较好的磷酸盐高铝砖，所以可生产各种牌号，通过性价比进行选择，用于不同段带，在回转窑中的使用范围正在不断扩大。

　　硅莫砖的性能来自于它的工艺，首先在原料上需选择Al2O3高于80%的特级矾土，碳化硅要纯而且莫氏硬度要求接近9.5，本公司对碳化硅的选择非常严格，这种矿物天然的极为罕见，产品大多在电炉中用SiO2和C通过高温合成SiC，原料不同会产生质量差异，目前，SiC的生产工艺中，原料中的SiO2来自天然硅石，C取自煤炭焦和石油焦，从我们的研究结果看，用石油焦与SiO2合成的碳化硅，在硬度和耐磨性等方面指标较高，适合用作硅莫砖。由这些原料制作成的烧成砖主晶相为莫来石、碳化硅和刚玉，这些矿物硬度都很高，这就为致密高强的耐火制品奠定了基础。

　　原料是基础，配料更要精细，成型压力对该砖种的高强致密起决定性作用，本公司用公称压力超过600T的压机进行压制，对砖块的体积密度和外型尺寸进行严格控制，半成品合格后才能入窑烧成。硅莫砖的制作难度与二等高铝砖有相似之处，为了达到莫来石充分结晶形成交错网络，较高的烧成温度和足够的保温时间是必不可少的，本公司以天然气为燃料的隧道窑最高烧成温度可达1600℃，足以保证硅莫砖的烧成要求，可以毫不夸张的说本公司真正用 “高纯原料、高压成型、高温烧成”的“三高”工艺精心制作硅莫砖，而且在管理上也达到高标准、严要求，每个生产环节都有质量保证体系进行监管，每天的检测结果生产主管都要签字，承担责任，甚至每一块砖表面也要打磨整齐，通过这样的严格管理使“三高”工艺的优势真正得到发挥。我们深知一座窑炉的寿命往往由于几块砖的突然损毁而导致停产，所以质量控制必须做到全面精细，任何疏漏都要杜绝，只有这样才能赢得用户的信任，产生的品牌效应。

　　三、硅莫砖在水泥回转窑的应用和发展前景

　　目前的硅莫砖在国内大型水泥回转窑上得到广泛应用，以60M长的回转窑为例，除了长约20M的烧成带用直接结合镁鉻砖以及前后窑口各0.8M左右的浇注料外，其余部位可采用不同牌号的硅莫砖。

　　经使用后，用户的普遍反映是硅莫砖的抗热震稳定性好，高温强度好，使用过程中抗侵蚀，不剥落，不断裂，使用寿命明显延长。其原因为水泥回转窑过渡带的砖面温度为1400℃左右，而硅莫砖的荷重软化开始温度在1500℃以上，足以抵抗高温冲击，加上制品结构致密，抗侵蚀和耐磨性特别好，是过渡带的理想砖种。加上该砖种抗热震稳定性好、热导率不高，正是后过渡带工艺特性所要求的，使用寿命是抗剥落砖的1.5——2倍。由于耐磨性好、热稳定性好，所以该砖种也适合在冷却带使用，寿命可达两年以上，是传统高铝砖使用寿命的3——5倍。例如：浙江余姚舜江水泥公司2500t/d水泥回转窑21.55m原用直接结合镁鉻砖，使用寿命310天，改用硅莫砖使用寿命达410天；安徽淮北矿业集团2500t/d水泥回转窑次烧成带原用镁铝尖晶石砖，过渡带原用抗剥落高铝砖，在一年内抢修换砖多达3次，最短的在三个月就出现红窑。而在次烧成带和过渡带改用硅莫砖后，窑的使用寿命长达15个月。本公司生产的高强致密硅莫砖在宁夏胜金水泥公司的2500t/d回转窑的过渡带等部位已经使用了13个月，没有发现任何问题，现仍在使用中。云南红塔滇西水泥股份有限公司在2005年回转窑的综合运转率只达到82.1%，2007年在过渡带（18m—36m处）改用硅莫砖后，避免了后过渡带的结圈，使回转窑连续运转了15个月，而且改善了物料滚动和通风条件，提高了水泥热料的产量和质量。

　　硅莫砖以其优良的性能及合理的价格正在日益应用于水泥回转窑，正在逐步代替原来配置的尖晶石砖、抗剥落高铝砖及磷酸盐结合高铝砖等传统产品。海螺集团所属水泥回转窑都已用上硅莫砖，平均使用寿命达一年半。这说明硅莫砖作为水泥回转窑的主要用材已进入成熟期，已被广大用户认可。作为生产厂家来说除了保证产品质量稳定外，实际上还可以在此基础上发展新的牌号或品种。

　　本公司在浙江长兴的生产基地对如何进一步提高硅莫砖的高温强度和抗热震稳定性继续在研究。例如在硅莫砖中适量引入锆英砂，在高温烧制中，ZrO2晶型转化中产生的微膨胀在刚玉、莫来石晶体间产生微裂纹，能消除热应力，从而提高制品的抗热震稳定性，使用中不易产生剥落和掉片，还能提高抗侵蚀能力，从而进一步提高使用寿命。此外在高铝材质中适当加入硅线石，红柱石，蓝晶石，利用其在高温下的膨胀性提高制品的抗蠕变性和高温强度，而且能提高抗热震稳定性。所以本公司在硅莫砖为主导产品的基础上，已开发出锆莫砖，加入“三石”系列的改性硅莫砖等也可投入批量生产。总之，本公司坚持以专业技术和全面创新，打造行业典范为中心，竭诚为水泥回转窑提供优质耐火材料和配套服务，经过数年努力，得到了行业和社会的认可。去年3月底，国家建材报用通栏标题提出六大绝热耐火材料企业，打造优势品牌，领衔建材市场，圣奥名列其中。标题为“圣奥耐材以优质产品获得用户青睐”，专家点评中指出：“公司视产品质量为企业生命，强化生产管理、注重科技开发和技术创新；注重国内外的技术交流和合作，年生产各种耐火材料达10万余吨，圣奥牌耐火材料已销往全国各地，并且已经走向世界”。

　　本公司十分珍惜已经取得的荣誉，更加强烈的意识到任重而道远，众所周知，材料的生产、使用、研究和发展情况标志着一个国家的物质文明程度。本公司决心与水泥行业的同仁们一起开辟更加美好的未来。