摘要:采用納米材料增韌提高澆注料在噴煤管使用中應(yīng)力，提高使用壽命。
一、窯口及噴煤管用澆注料的使用現(xiàn)狀及損毀機(jī)理
目前的窯口及噴煤管部位主要以使用高性能澆注料為主。

窯口澆注料，一般是使用剛玉、莫來(lái)石及鋁礬土級(jí)澆注料，使用壽命多數(shù)一般為3-10個(gè)月。大多數(shù)情況下，由于材料本身的質(zhì)量限制及施工、操作等方面的原因，3-10個(gè)月就需要重新修筑。無(wú)法同冷卻帶磚保持同步，嚴(yán)重影響回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)效率。

回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為每分鐘3-4周，也就是說(shuō)，窯口澆注料每分鐘要承受3-4次約1400℃的高溫物料的加熱、磨損。同時(shí)每分鐘承受3-4次的冷熱交替。反復(fù)的熱應(yīng)力導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋、剝落，以及材料的結(jié)合強(qiáng)度降低，材料疏松。而澆注料的疏松又為水泥物料的侵蝕及磨損提供了前提，導(dǎo)致材料損毀加劇，壽命降低。

目前的噴煤管澆注料也多為剛玉、莫來(lái)石等材質(zhì)，使用壽命一般為3-10個(gè)月，出現(xiàn)損毀也主要是熱震性不好導(dǎo)致的剝落以及堿侵蝕、堿剝落等。

二、窯口及噴煤管用納米強(qiáng)化增韌型澆注料的研制

1、窯口及噴煤管用納米強(qiáng)化增韌型澆注料使用中的溫度及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬

水泥窯窯口澆注料及噴煤管澆注料損毀的主要因素為熱震損毀，而與熱震損毀最直接相關(guān)的即是材料高溫下的應(yīng)力，較大的熱應(yīng)力將直接導(dǎo)致材料在冷熱交替過(guò)程中的熱震損毀。為此，我們首先借助于Ansys軟件對(duì)該類材料高溫下的溫度及應(yīng)力場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，以便弄清楚該類材料的損毀原因。

1.1窯口用剛玉澆注料的溫度及應(yīng)力場(chǎng)

目前窯口常用的剛玉質(zhì)澆注料使用中的溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力場(chǎng)如下圖1、圖2。

圖1 剛玉質(zhì)澆注料使用中的溫度場(chǎng)????

圖2 剛玉質(zhì)澆注料使用中的應(yīng)力場(chǎng)

剛玉質(zhì)澆注料的最大優(yōu)點(diǎn)即是硬度高，強(qiáng)度大，耐磨性好，但是，該材料的韌性較差，也就是說(shuō)，彈性模量高、泊松比較小；此外，該材料的高溫線膨脹率較高，也將導(dǎo)致該材料的高溫下的熱應(yīng)力較大。由圖2看出，該澆注料使用中的最大應(yīng)力為135MPa，而溫度處于900-1300℃之間。135MPa的應(yīng)力將使該溫度下的剛玉質(zhì)澆注料難以承受，導(dǎo)致材料的組織結(jié)構(gòu)應(yīng)力破壞，裂紋出現(xiàn)、強(qiáng)度降低，如此，將導(dǎo)致材料的抗磨損性降低，大裂紋的出現(xiàn)也將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落損毀。這也就是盡管目前的剛玉質(zhì)材料強(qiáng)度較高，但是使用壽命并不高的主要原因。

從上述剛玉質(zhì)澆注料使用中的應(yīng)力場(chǎng)看出，如果能夠強(qiáng)化澆注料的韌性，降低材料的彈性模量，則澆注料的使用性能將得到大幅度的提高。我們知道，納米材料可以明顯改善材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化材料的斷裂韌性，所以，改善窯口及噴煤管澆注料的使用性能就可以通過(guò)引入少量的納米氧化鋁粉體來(lái)增加韌性。圖3、圖4即是以棕剛玉為主要原料，同時(shí)引入納米氧化鋁增韌的澆注料使用中的溫度及應(yīng)力場(chǎng)。表1為目前的剛玉質(zhì)澆注料及納米強(qiáng)化型澆注料的理化指標(biāo)。

表1 剛玉質(zhì)澆注料及納米強(qiáng)化型澆注料的理化指標(biāo)

理化指標(biāo)		剛玉質(zhì)澆注料	納米強(qiáng)化型澆注料
化學(xué)成分，%	Al2O3	92.2	66.53
體積密度，g/cm3		3.0	2.8
彈性模量,GPa		19	8

圖3 納米增韌型澆注料的溫度場(chǎng)

圖4 納米強(qiáng)化型澆注料的應(yīng)力場(chǎng)

由圖3、圖4的溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)即可看出，納米強(qiáng)化增韌型澆注料的最高應(yīng)力僅僅為67.8MPa，同上述的窯口及噴煤管用剛玉質(zhì)澆注料135MPa的應(yīng)力相比降低了一半。而這個(gè)應(yīng)力800-1200℃ 的溫度范圍內(nèi)還是可以承受的，也不會(huì)出現(xiàn)類似于現(xiàn)有剛玉質(zhì)澆注料的大的裂紋、結(jié)構(gòu)剝落機(jī)耐磨損性降低等情況，這樣就避免了剝落及過(guò)度磨損，如此，納米強(qiáng)化增韌型的該類澆注料的使用壽命將大幅度提高。