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本文分(fen)析了(le)200萬t球(qiu)團鏈篦機(ji)-回轉窯中耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)的作用及重要性，同時分(fen)析了(le)耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)失(shi)效的主要原因。根據耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)的失(shi)效機(ji)理(li)，總結了(le)改(gai)進回轉窯耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)長壽化(hua)的幾種(zhong)方法。
1耐火材料作用
在追求鋼鐵高產量的同時，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中，百萬噸級的球團鏈篦機-回轉窯設備逐漸受到學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-回轉窯生產線上生產球團成為未來發展趨勢。赤鐵礦的主要成分是Fe2O3，赤鐵礦球團在回轉窯中焙燒時，需要溫度升至1300℃左右時，Fe2O3晶粒會發生長大與再結晶。赤鐵礦不同于磁鐵礦的一顯著特點在于使用赤鐵礦作為原材料進行加工時，考慮其冶金性能，需要更高的工作溫度。
200萬t球團鏈篦機-回轉窯的(de)(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境處在(zai)(zai)從常(chang)溫(wen)(wen)到高(gao)(gao)溫(wen)(wen)的(de)(de)不同溫(wen)(wen)度(du)下，其中(zhong)，回轉窯作(zuo)為焙燒氧(yang)化(hua)球團礦(kuang)的(de)(de)主要場所，處在(zai)(zai)最高(gao)(gao)的(de)(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)下，回轉窯內工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)需要高(gao)(gao)于1400℃，普(pu)通的(de)(de)鋼無法承受這種高(gao)(gao)溫(wen)(wen)，所以(yi)一(yi)般在(zai)(zai)鋼的(de)(de)內部增(zeng)加一(yi)層耐(nai)(nai)火材(cai)料。因此(ci)，設計其內襯(chen)時，必須選用(yong)合適的(de)(de)耐(nai)(nai)火材(cai)料。耐(nai)(nai)火材(cai)料可以(yi)安(an)全有效地提高(gao)(gao)回轉窯中(zhong)工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)，在(zai)(zai)冶(ye)金反應中(zhong)，得到更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)反應溫(wen)(wen)度(du)，進而提高(gao)(gao)氧(yang)化(hua)球團礦(kuang)的(de)(de)質(zhi)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、傳動裝置、支撐裝置、下料設備組成。據報道，2017年回轉窯停產原因的統計分析中，回轉窯停產大約一半是由于回轉窯的內襯破損。回轉窯是物料加熱的主要場所，內襯使用耐火材料。在反應過程中，物料會頻繁地與內襯發生機械摩擦，同時，回轉窯在使用過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使內襯耐火材料出現應力集中。回轉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早發生失效的原因。抗熱震性指的是耐火材料(回轉窯內襯)的在急冷急熱的溫度驟變情況下而不發生破壞的性能，屬于工程參數。
關于物料氧化球團與回轉窯的內襯發生機械摩擦，主要原因是氧化球團礦在還原過程中發生的體積膨脹。國內外對球團膨脹機理的描述，已經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，碳單質在球團礦的縫隙中發生沉積導致球團開裂體積膨脹。
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程中使鐵的還原反應加快，導致反應迅速發生球團膨脹。
3)鐵晶須膨脹理論，認為微觀組織中纖維狀的金屬鐵會使晶粒間產生應力場，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物二氧化碳與水蒸氣的產生速度大于擴散速度，導致球團礦的開裂膨脹。
3耐火材料長壽化改進
3.1改進耐火材料實現長壽化
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，會發生膨脹或收縮，各部分之間會因變形互相制約并產生熱應力。當熱應力超過耐火材料的內部結合力時，材料就產生崩裂或剝落。因此，對耐火材料的改進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，由于體積變化帶來的應力也越小，抗熱震性好；彈性模量越高，材料由于溫差產生的應力難以通過彈性變形抵消，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，可以從組織出發。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察表面形貌來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， 掃描電子顯微鏡觀察到較少的裂紋和缺陷，多孔的氧化鋁抗熱震性較好。
同時，在回轉窯結構設計上，可以通過對危險部位加固以防止過早失效。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后部件發生移動，耐火材料不會因此發生松動。也可以改善回轉窯整體結構，使用對稱砌筑法，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，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業，主要原因是鎂鉻對銅行業的堿性爐渣具有抗蝕作用。隨著高溫工藝的發展，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。隨著我國科研實力的進步，研究人員共同努力會推動更多的耐火材料的發展。
3.2改進氧化球團實現耐火材料長壽化
氧化球團在回轉窯中發生高溫還原反應，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。由于反應過程中的體積膨脹，物料會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材料也會有不同的侵蝕，其中，含有二氧化硅與鐵的化合物反應生產鐵橄欖石使爐渣黏結，也與氧化鋁耐火材料中的AI2O3形成二次莫來石，導致耐火材料結構疏松。堿金屬會明顯腐蝕耐火材料，隨著堿金屬的增加，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。
3.3改進工藝實現耐火材料長壽化
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。加熱時，根據材料特性與回轉窯結構設定升溫曲線，冷卻時，按照提前停止下料、不打開觀察孔等標準停窯程序進行以防止突然停窯降溫過快。回轉窯應定期檢修，檢查技術參數、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(sui)著(zhu)國家對(dui)(dui)冶金行業環保的(de)重視，200萬(wan)t鏈篦機(ji)-回轉(zhuan)窯由于能(neng)源利用率高(gao)等優勢受到眾(zhong)多冶金生(sheng)(sheng)產廠家的(de)重視。而(er)回轉(zhuan)窯內襯耐(nai)火材(cai)料(liao)壽命較短、需(xu)要頻繁的(de)更換處理，使設備運轉(zhuan)率低(di)，提高(gao)了冶金過程的(de)生(sheng)(sheng)產成本(ben)，降(jiang)低(di)了經濟效益。因(yin)此，分(fen)析了耐(nai)火材(cai)料(liao)失效的(de)原(yuan)因(yin)主要是(shi)物料(liao)對(dui)(dui)內襯的(de)機(ji)械作用力和(he)設備急(ji)冷(leng)急(ji)熱(re)產生(sheng)(sheng)的(de)熱(re)應力共同(tong)導致的(de)。并有針對(dui)(dui)性地提出了耐(nai)火材(cai)料(liao)長壽化(hua)改進的(de)幾個方法(fa)：
1)改(gai)進(jin)(jin)內襯耐(nai)火材(cai)料(liao)，對(dui)現(xian)用的(de)特級高鋁進(jin)(jin)行改(gai)性或(huo)選(xuan)用新材(cai)料(liao)。
2)預處理氧化球團，以降(jiang)低(di)(di)其(qi)在煅燒過程中的體積膨脹(zhang)，從而降(jiang)低(di)(di)其(qi)與內(nei)襯的機械作用(yong)力。
3)合理(li)化(hua)生產工藝，盡量避(bi)免速(su)率過快的加熱(re)和(he)冷卻(que)。
