燃燒器是水泥窯燒成系統(tǒng)的重要工藝裝備，與熟料產(chǎn)量、質(zhì)量，窯內(nèi)耐火材料壽命、熟料煤耗、環(huán)保排放等有著很大的關(guān)系。而影響燃燒器使用壽命的主要原因是燃燒器襯體澆注料的損毀，如何延長燃燒器襯體澆注料的使用壽命就尤為重要。國內(nèi)某水泥生產(chǎn)企業(yè)的四通道煤粉燃燒器使用采用Al?O?-SiC系列低水泥耐火澆注料做為保護(hù)襯體，襯體厚度100mm，投入使用2個月后燃燒器頭部和底部出現(xiàn)了嚴(yán)重的損壞，損壞的主要方式是起皮、裂紋和剝落。本文就該燃燒器襯體澆注料損毀的原因進(jìn)行探討分析。

試驗內(nèi)容及表征
燃燒器襯體澆注料損壞情況見圖1。從燃燒器上取一塊由外到內(nèi)完成的襯體澆注料做為試樣，觀察試樣整體情況。將殘襯試樣根據(jù)不同顏色從外到內(nèi)分為四層，殘襯層次劃分見圖2。利用X射線衍射儀分析各層的礦物相組成。利用X射線熒光光譜分析各層的化學(xué)組成。 圖1 燃燒器襯體澆注料損壞情況

圖2 襯體澆注料分析層次劃分

結(jié)果與分析

2.1澆注料外觀分析

從試樣的截面觀察能夠看到，1層呈現(xiàn)淡黃色，有明顯的熔蝕現(xiàn)象，說明澆注料表面產(chǎn)生了液相;2層呈現(xiàn)白色，結(jié)構(gòu)最為疏松，澆注料已經(jīng)完全變質(zhì)，基本上都是堿鹽的結(jié)晶堆積;3層呈現(xiàn)淡黑色，結(jié)構(gòu)致密，可以看到澆注料組分中的骨料顆粒；4層呈現(xiàn)灰色，結(jié)構(gòu)致密，未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶物質(zhì)，可以清楚的看到澆注料的基質(zhì)部分和骨料顆粒。

2.2澆注料物相組成分析

圖3所示為襯體澆注料試樣的XRD圖譜。從圖中可以看出，1層的礦物組成主要是鈣長石(CAS?)、硅灰石(C?S)和鉀長石(KAS6)相。分析認(rèn)為該位置出現(xiàn)的硅灰石(C?S)是由水泥熟料在燃燒器襯體澆注料表面的黏附所致。鈣長石(CAS?)的產(chǎn)生可能是由于水泥熟料中的含鈣物質(zhì)滲透進(jìn)襯體澆注料中，與澆注料基質(zhì)部分發(fā)生反應(yīng)生成。鉀長石(KAS6)的產(chǎn)生過程可能是原燃材料中的堿性物質(zhì)在高溫煅燒過程中揮發(fā)出含K的氣相物質(zhì)，與燃燒器澆注料相遇后，在其表面凝聚沉積，與澆注料的基質(zhì)在高溫下反應(yīng)生成。兩種礦物均為低熔物，高溫狀態(tài)下熔融產(chǎn)生液相，造成了襯體表面的熔蝕，降低了澆注料的表面強度從而加速其磨損。
圖3試樣各分析層XRD圖譜
在1層中礦物組成中未發(fā)現(xiàn)碳化硅(SiC)相，說明該層中SiC在高溫條件下發(fā)生了氧化。2層的礦物組成主要是剛玉、碳化硅和白榴石相(KAS?體積膨脹29%)和鉀剛玉KAlO?體積膨脹約27.8%)。分析認(rèn)為是原燃材料中的K、Na在高溫狀態(tài)下與澆注料中的α-Al?O?和硅微粉發(fā)生如下反應(yīng)：3Al?O?+3K?O+8SiO?→3(K?O?Al?O??4SiO?)，體積膨脹29%。鉀剛玉KAlO?是由于澆注料基質(zhì)中的Al?O?與進(jìn)入澆注料內(nèi)部的K?O反應(yīng)生成理論上會產(chǎn)生27.8%的體積膨脹;高溫下Al?O?與K?O反應(yīng)還可能生成KAl?O??，在冷卻過程中會轉(zhuǎn)變成KAl??O??，也會帶來一定的體積變化。二者綜合作用導(dǎo)致襯體結(jié)構(gòu)的破壞，致使襯體澆注料的損毀。

2層中存在碳化硅(SiC)相，其原因是1層中的SiC氧化之后，在襯體表面形成了一層SiO?薄膜，從而限制了內(nèi)部SiC相氧化。理論上1層SiC氧化所形成的SiO?薄膜也能阻止堿蒸汽進(jìn)入澆注料內(nèi)部，但在2層中也發(fā)現(xiàn)了堿金屬的存在。其原因可能是由于燃燒器所處位置在窯頭罩的空間之中，襯體澆注料長時間受到夾雜著飛砂料的高溫二次風(fēng)的沖刷，損壞了襯體表面的SiO?薄膜，導(dǎo)致堿蒸汽得以進(jìn)入澆注料內(nèi)部形成連續(xù)的侵蝕。

3、4層中主要是剛玉(Al?O?)、碳化硅(SiC)相，這與Al?O?-SiC系列澆注料的主要礦相組成相符，說明3、4層未受到堿鹽的侵蝕。

2.3澆注料的化學(xué)組成分析

表1為襯體澆注料試樣的X射線熒光光譜分析。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，1層、2層中含有大量的K鹽和Na鹽，而澆注料中原有的Al和Si的成分明顯低于正常值，說明該處已經(jīng)被堿性物質(zhì)嚴(yán)重蝕損。1層中CaO的量明顯高于正常值，分析其來源是水泥熟料，其過程可能是燃燒器襯體澆注料的表層在K、Na等物質(zhì)的作用下，高溫產(chǎn)生液相，水泥熟料飛砂黏附在澆注料表面所致。由1層到3層，Na的含量減少很明顯，而K在3層仍有相當(dāng)數(shù)量存在，有可能是K的滲透能力強于Na。在2層中，K的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Na的含量，由此推斷對澆注料內(nèi)部基質(zhì)進(jìn)行化學(xué)侵蝕并產(chǎn)生破壞作用的主要是K鹽。
表1澆注料各分析層的化學(xué)組成
K鹽的這種破壞作用應(yīng)該來自于兩個方面，一方面，滲透進(jìn)入澆注料內(nèi)部的K鹽與基質(zhì)反應(yīng)生成KAS?(白榴石)和KAS?(鉀霞石)等新的化合物產(chǎn)生了體積膨脹，改變了基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致澆注料的損傷。另一方面是K鹽滲透進(jìn)入澆注料基質(zhì)后，在溫度降低的過程中逐漸冷卻沉積，由于它的體積密度較低，沉積后會產(chǎn)生體積膨脹，從而導(dǎo)致澆注料基質(zhì)損傷。并且由于它的力學(xué)性質(zhì)與原基質(zhì)截然不同，在溫度波動時，在熱應(yīng)的作用下，自身可能會發(fā)生斷裂或由于體積變化而導(dǎo)致澆注料基質(zhì)損傷。表1中所示的Fe?O?、Na?O、MgO等其他氧化物，在XRD礦物相組成分析中未發(fā)現(xiàn)相關(guān)礦物相，說明它們是以玻璃相形式存在于澆注料中。

結(jié) 論
(1)燃燒器襯體澆注料的外表面由于產(chǎn)生了低熔點的鈣長石和鉀長石，在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生液相，降低了澆注料的表面強度，造成澆注料的熔蝕損壞。
(2)高溫二次風(fēng)的中刷損壞了澆注料表層SiC氧化所形成的SiO?薄膜，導(dǎo)致堿鹽得以進(jìn)入澆注料內(nèi)部形成連續(xù)的侵蝕。
(3)燃燒器的化學(xué)侵蝕破壞主要來自K鹽，主要有兩個方面：一方面是滲透進(jìn)入澆注料內(nèi)部的K鹽與基質(zhì)反應(yīng)生成新的化合物，破壞澆注料基質(zhì)組成。另一方面是由于鉀鹽的自身密度差異，在澆注料基質(zhì)內(nèi)沉積冷卻后產(chǎn)生體積膨脹。兩方面原因綜合作用導(dǎo)致澆注料襯體損壞。