燃燒器是水泥窯燒成系統的重要工藝裝備，與熟料產量、質量，窯內耐火材料壽命、熟料煤耗、環保排放等有著很大的關系。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。國內某水泥生產企業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了嚴重的損壞，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行探討分析。

試驗內容及表征
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。將殘襯試樣根據不同顏色從外到內分為四層，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層呈現淡黃色，有明顯的熔蝕現象，說明澆注料表面產生了液相;2層呈現白色，結構最為疏松，澆注料已經完全變質，基本上都是堿鹽的結晶堆積;3層呈現淡黑色，結構致密，可以看到澆注料組分中的骨料顆粒；4層呈現灰色，結構致密，未發現結晶物質，可以清楚的看到澆注料的基質部分和骨料顆粒。

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。分析認為該位置出現的硅灰石(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?)的產生可能是由于水泥熟料中的含鈣物質滲透進襯體澆注料中，與澆注料基質部分發生反應生成。鉀長石(KAS6)的產生過程可能是原燃材料中的堿性物質在高溫煅燒過程中揮發出含K的氣相物質，與燃燒器澆注料相遇后，在其表面凝聚沉積，與澆注料的基質在高溫下反應生成。兩種礦物均為低熔物，高溫狀態下熔融產生液相，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現碳化硅(SiC)相，說明該層中SiC在高溫條件下發生了氧化。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%)。分析認為是原燃材料中的K、Na在高溫狀態下與澆注料中的α-Al?O?和硅微粉發生如下反應：3Al?O?+3K?O+8SiO?→3(K?O?Al?O??4SiO?)，體積膨脹29%。鉀剛玉KAlO?是由于澆注料基質中的Al?O?與進入澆注料內部的K?O反應生成理論上會產生27.8%的體積膨脹;高溫下Al?O?與K?O反應還可能生成KAl?O??，在冷卻過程中會轉變成KAl??O??，也會帶來一定的體積變化。二者綜合作用導致襯體結構的破壞，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入澆注料內部，但在2層中也發現了堿金屬的存在。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的沖刷，損壞了襯體表面的SiO?薄膜，導致堿蒸汽得以進入澆注料內部形成連續的侵蝕。

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中的數據可以看出，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，說明該處已經被堿性物質嚴重蝕損。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等物質的作用下，高溫產生液相，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層仍有相當數量存在，有可能是K的滲透能力強于Na。在2層中，K的含量遠遠高于Na的含量，由此推斷對澆注料內部基質進行化學侵蝕并產生破壞作用的主要是K鹽。
表1澆注料各分析層的化學組成
K鹽的這種破壞作用應該來自于兩個方面，一方面，滲透進入澆注料內部的K鹽與基質反應生成KAS?(白榴石)和KAS?(鉀霞石)等新的化合物產生了體積膨脹，改變了基質的組成和結構，導致澆注料的損傷。另一方面是K鹽滲透進入澆注料基質后，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，沉積后會產生體積膨脹，從而導致澆注料基質損傷。并且由于它的力學性質與原基質截然不同，在溫度波動時，在熱應的作用下，自身可能會發生斷裂或由于體積變化而導致澆注料基質損傷。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現相關礦物相，說明它們是以玻璃相形式存在于澆注料中。

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