新型干法水泥窯用不定型耐火材料的優(yōu)化配置

1、新型干法水泥窯用不定型耐火材料的優(yōu)化配置韓亞偉(常州市橫山耐高溫材料廠,江蘇 常州 213119)摘要 新型干法水泥生產(chǎn)窯不定型耐火材料的優(yōu)化配置,要根據(jù)水泥企業(yè)各自采用的石灰石和燃料的品質(zhì)狀況,結(jié)合不同水泥設備運轉(zhuǎn)的工況要求,選擇最合適的耐火澆注料,在降低生產(chǎn)成本的基礎上,提高水泥窯的生產(chǎn)效率。再配合嚴格完善的施工和合理的養(yǎng)護升溫制度，來保證水泥窯的長期正常運轉(zhuǎn)。關鍵詞：不定型耐火材料；優(yōu)化配置；澆注料施工前言20世紀水泥工業(yè)技術取得了突破性的發(fā)展，回轉(zhuǎn)窯的推廣，提高了水泥熟料的燒成熱效率。七十年代,日本研發(fā)了預分解水泥生產(chǎn)技術,此技術使水泥工業(yè)產(chǎn)生了革命性的進展,由此建造的新型干法水泥生產(chǎn)

2、線, 相比較同直徑的濕法窯或傳統(tǒng)干法窯，不僅獲得了更高的燒成熱效率,降低了能源消耗,還減少了對環(huán)境的污染,單機生產(chǎn)能力更是獲得了很大的提高。不同窯型水泥窯的生產(chǎn)能力及窯型詳見表一。 窯型數(shù)據(jù)濕法半干法干法新型干法窯徑（米）4.004.003.754.00生產(chǎn)能力（噸/天）6509965202000熱耗（千焦/公斤熟料）621940455596.33600上世紀八十年代,我國開始自主研發(fā)預分解水泥生產(chǎn)技術,并引進國外新型干法水泥生產(chǎn)設備,投資建設了一批新型干法水泥生產(chǎn)線。九十年代開始，我國的新型干法水泥技術得到了飛速發(fā)展，相繼投成生產(chǎn)了一批2500T/D、5000T/D以上的水泥生產(chǎn)線，海螺萬噸

3、線的建成更是標志著我國的水泥生產(chǎn)技術達到了世界水平。耐火材料作為在水泥窯上的消耗品，不僅保護著生產(chǎn)設備在高溫下的正常運轉(zhuǎn)，還有效的降低了熱損耗。隨著水泥生產(chǎn)技術的提高和發(fā)展，系統(tǒng)裝備不斷大型化，水泥熟料的生產(chǎn)能力日趨擴大，水泥設備工作狀況和窯內(nèi)環(huán)境的變化，對耐火材料提出了新的要求。1 不定型耐火材料在新型干法水泥窯上的優(yōu)化配置我廠成立于上世紀八十年代，是一家專業(yè)生產(chǎn)水泥窯用不定型耐火材料的企業(yè),根據(jù)新型干法水泥窯的工況要求,以及我們與全國300多家水泥企業(yè)的合作使用經(jīng)驗,為新型干法水泥窯用不定型耐火材料的選擇提供一些合理性建議,供各水泥廠家參考。 預分解水泥窯耐火材料使用部位較多，其中靜止設備

4、的襯料約占總量的70%-80%。不同規(guī)格的水泥窯及系統(tǒng)的不同使用部位對耐火材料有不同的要求，設計配套時必須選用與其相適應的品種；同時各生產(chǎn)廠家所用的原燃材料品質(zhì)、設備狀況、操作控制習慣等方面的差異，客觀上對耐火材料的要求也略有不同。本文主要闡述不定型耐火材料在水泥窯上的配置狀況。在水泥窯上使用的不定型耐火材料主要指耐火澆注料，完善的不定型耐火材料供應商會根據(jù)每座水泥窯的實際生產(chǎn)狀況，配置最適合的耐火澆注料。1.1 回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯用耐火澆注料，尤其是前窯口的耐火材料在使用過程中，除了要承受1400度以上的高溫以外，還要受到機械應力、熱應力和化學侵蝕的破壞。因此，前窯口耐火澆注料的使用壽命對整條水泥

5、生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)周期有著至關重要的影響。1.1.1 機械應力損壞回轉(zhuǎn)窯作為動態(tài)設備，在運行使用過程中，前窯口的耐火澆注料承受著兩種機械應力：一是窯的徑向剪切應力，二是沿窯筒體方向的軸向擠壓應力。徑向剪切應力主要來源于回轉(zhuǎn)窯運行中產(chǎn)生的機械變形。隨著窯徑加大，窯速加快，前窯口周期性的受壓和松壓作用加劇，耐火澆注料承受的徑向剪切應力的破壞也更大。前窯口的軸向擠壓應力產(chǎn)生的主要原因是因窯筒體與水平線成3.5%4%的傾斜，窯內(nèi)物料在窯運轉(zhuǎn)時從窯尾向窯頭方向運動，前窯口澆注料在運動物料的推力及窯內(nèi)耐火磚的軸向分力的共同作用下，有往窯頭方向移動的趨勢。在這兩種機械應力的作用下，對前窯口澆注料就要求有足夠的機械

6、強度。1.1.2 熱應力損壞數(shù)據(jù)表明，回轉(zhuǎn)窯運行過程中前窯口熟料出口溫度達到1400多度，入窯二次空氣溫度達1200多度。在窯體運轉(zhuǎn)過程中，窯皮時掛時落，溫度變化頻繁，由此產(chǎn)生的熱應力是前窯口澆注料損壞的主要原因之一。隨著水泥工業(yè)大型化的發(fā)展趨勢，窯徑也不斷增大，窯口的出料量也在增加，這不僅使機械應力變大，窯內(nèi)的熱力強度也要大幅度提高，澆注料單位面積所受的熱負荷也相應增大，熱應力的破壞作用更加明顯。在這種情況下，前窯口澆注料應該具有更好的熱震穩(wěn)定性。1.1.3 化學侵蝕損壞化學侵蝕是水泥窯用耐火材料損壞的主要原因之一。由于每個地區(qū)的石灰石品位，采用燃料的品質(zhì)不同，窯內(nèi)堿、氯、硫等有害成分的含量

7、也不一樣。生礦石和燃料中的有害成分在高溫下?lián)]發(fā)，這些堿性氣體隨著生料一起進入窯內(nèi)，在窯內(nèi)1350-1450環(huán)境溫度下，窯料中的有害成分和堿性氣體與前窯口澆注料產(chǎn)生強烈的化學侵蝕作用，形成膨脹性礦物使其開裂剝落，發(fā)生“堿裂”破壞。因此，前窯口澆注料應該具有良好的耐堿性。 綜上所述，前窯口澆注料在高溫環(huán)境下應該具備足夠的耐火度、機械強度、熱震穩(wěn)定性和耐堿性。前窯口澆注料在水泥窯用耐火材料中一直是關鍵材料，隨著水泥工業(yè)技術的發(fā)展，水泥窯的規(guī)模逐漸增大，前窯口澆注料也經(jīng)歷了高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、莫來石質(zhì)耐火澆注料的發(fā)展。我廠的HN-20G莫來石高強耐火澆注料最早使用在1997年投建的臺灣嘉新京陽5000T/

8、D水泥生產(chǎn)線，通過京陽水泥廠技術改造日產(chǎn)熟料達到6700噸,在此工況下HN-20G使用周期仍達到8-12個月以上，后來在國內(nèi)被廣泛推薦使用于2500T/D、5000T/D以上規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線；2002年法國拉法基在四川投建的都江堰拉法基3500T/D生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，根據(jù)該生產(chǎn)線的實際工況對前窯口耐火材料提出了新的標準，我們研發(fā)了HN-20GF莫來石鋼纖維高強耐火澆注料，使用周期達到10-12個月，滿足了客戶的使用要求；銅陵海螺萬噸線的建設對耐火材料的發(fā)展又是一個新的挑戰(zhàn)，針對萬噸線的具體工況，我們又研發(fā)了HN-20GT剛玉莫來石高強耐火澆注料，在兼顧HN-20G的性能的基礎上，提高了材

9、料的機械強度和熱震穩(wěn)定性。1.2 燃燒器（噴煤管）燃燒器的工作環(huán)境在1400左右，其火焰溫度在2000左右，長時間在堿性氣氛中工作，相比前窯口溫度變化更加頻繁，溫差更大，因此對其熱震性要求更高。燃燒器前端在窯內(nèi)始終受到氣流的沖刷，尤其是下部受到的沖刷更嚴重，而且該氣流夾帶著窯內(nèi)的熟料粉塵，因此燃燒器耐火澆注料需要足夠的耐磨性。鑒于上述兩點燃燒器的澆注料的性能要求比前窯口澆注料要求更高。根據(jù)該設備的使用工況，對應前窯口澆注料，我廠研制了HN-20GP、HN-20GFP和HN-20GTP,在大型水泥窯上使用周期達到5-8個月以上。1.3 窯頭罩、篦冷機窯頭罩和篦冷機屬于相對靜止設備，受到的機械應力

10、損壞比較小，工作溫度總體比回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度要低，因此對耐火澆注料的要求相對要低一點。有幾個特殊部位需要提出的是：一、窯頭罩下部耐火澆注料受到窯口下來的高溫熟料反彈熱沖擊，對于一些大型水泥窯，日產(chǎn)熟料量大，該處所受熱負荷比較高，一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料如果養(yǎng)護升溫控制不好的話，容易發(fā)生爆裂掉塊;窯頭罩頂部靠近三次風管處，粉塵氣流沖刷相對比較嚴重，澆注料在高溫下的耐磨性要好，而且頂部澆注料的施工比較困難，對材料的流動性和早期強度要求比較高；二、篦冷機前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高，變化較大；前端兩側(cè)矮墻長期受到通過窯口下來的高溫熟料的磨損，也承受一定的機械應力和熱應力破壞；三、三次分管的

11、拐彎處，在粉塵氣流的沖刷下也比較容易磨損。上述部位耐火澆注料的使用應根據(jù)各自工況需要合理選擇。具有早強防爆性能的HN-DFB1、耐磨性更高的HN-DFB以及熱震性更佳的HN-20都是比較合適的材料。其他部位設計的時候都采用一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料就能滿足使用的要求。1.3 預分解系統(tǒng)原始生料在預熱器中逐級升溫，在此過程中生料中的堿、氯、硫等有害成分不斷揮發(fā)、凝聚，反復循環(huán)而不斷富集，對耐火澆注料產(chǎn)生強烈的化學侵蝕，發(fā)生“堿裂”破壞，所以設計中該部位采用高強耐堿澆注料。與原始生料相比，最熱級旋風筒的熱料中堿、氯、硫的富集濃度分別達到5倍，80-100倍，3-5倍之多。在水泥生產(chǎn)過程中，窯尾預分解系

12、統(tǒng)經(jīng)常會遇到結(jié)皮堵塞的情況，預分解系統(tǒng) 易結(jié)皮堵塞的部位主要有上升煙道至C5風管水平段，C5膨脹倉及下料管，堵塞物主要是高溫粘結(jié)的物料；窯尾煙室縮口和下料斜坡，堵塞物主要是結(jié)皮物料，質(zhì)硬，堿含量高；C5-C4風管水平段，堵塞物主要是生料沉積物，粉料多，易清理；分解爐錐部，堵塞物主要是煤灰高溫熔融物。某水泥企業(yè)通過對結(jié)皮堵塞物及窯灰的化學分析結(jié)果是，氯含量較高是預分解系統(tǒng)頻繁結(jié)皮堵塞的根本原因。這在一定程度上與水泥企業(yè)采用的石灰石的品位及原燃料的品質(zhì)有關。根據(jù)這一工況要求，我廠研制了HN-50S和HN-60S抗結(jié)皮澆注料，其中的主要原料碳化硅不僅具有非常好的抗化學侵蝕性能，而且在高溫下發(fā)生氧化反

13、應，會在材料表面產(chǎn)生SiO2玻璃狀光滑物質(zhì)層，更加有效得阻止了有害氣體對耐火澆注料的化學侵蝕，此外碳化硅具有很強的耐磨性，在下料管等部位可以滿足大量生料的沖刷要求。2 耐火澆注料施工使用的配套方案由于耐火澆注料是一種散狀料，需要到生產(chǎn)現(xiàn)場施工澆注成型，每個品種的材料的加水量、施工時間都有所區(qū)別，不同施工部位的澆注和振搗方式也不太一樣，因此施工的質(zhì)量就直接影響到澆注料的使用壽命。除了澆注這道工序以外，耐火澆注料的施工還包括澆注料的拆除、錨固件的排布與焊接、鋪貼硅酸鈣板、支模等相關工序，不同的部位對每道工序的要求都不盡相同。目前大多數(shù)水泥企業(yè)在新建項目或窯爐檢修時，耐火澆注料的供應方和施工方是不同

14、的單位，那么在施工質(zhì)量的控制上可能達不到耐火澆注料供應方的要求，降低了澆注料的使用壽命，由此影響了水泥窯的運轉(zhuǎn)周期。為了保證我們的耐火澆注料在水泥企業(yè)更好的使用，不影響水泥窯的正常運轉(zhuǎn)，我廠在1997年單獨成立了爐窯公司，長期為各大水泥企業(yè)提供選型、耐火澆注料、施工等配套項目，免除企業(yè)后顧之憂。3 結(jié)語 綜上所述，新型干法水泥生產(chǎn)線有著濕法窯和傳統(tǒng)干法窯無法比擬的優(yōu)勢，在不定型耐火材料的選型上也有別與其它類型的水泥窯，每個企業(yè)要根據(jù)自身設備、原燃材料的實際情況進行優(yōu)化配置，提高水泥窯生產(chǎn)效率的同時，降低水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。我廠為各水泥企業(yè)提供全方位配套服務，量身打造最合適的耐火材料優(yōu)化配置，為水泥企業(yè)的發(fā)展保駕護航。參考文獻【1】 曾大凡，張用賓.新型干法水泥窯用耐火材料的技術發(fā)展與現(xiàn)狀.中國建材科技,2001,(1):33-36【2】 張衛(wèi)東,窯外分