20世紀(jì)水泥工業(yè)技術(shù)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(yù)分解水泥生產(chǎn)技術(shù),此技術(shù)使水泥工業(yè)產(chǎn)生了革命性的進(jìn)展,由此建造的新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn), 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(duì)環(huán)境的污染,單機(jī)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(jiàn)表一。

上世紀(jì)八十年代,我國(guó)開(kāi)始自主研發(fā)預(yù)分解水泥生產(chǎn)技術(shù),并引進(jìn)國(guó)外新型干法水泥生產(chǎn)設(shè)備,投資建設(shè)了一批新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)。九十年代開(kāi)始，我國(guó)的新型干法水泥技術(shù)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(xiàn)，海螺萬(wàn)噸線(xiàn)的建成更是標(biāo)志著我國(guó)的水泥生產(chǎn)技術(shù)達(dá)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(hù)著生產(chǎn)設(shè)備在高溫下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還有效的降低了熱損耗。隨著水泥生產(chǎn)技術(shù)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(kuò)大，水泥設(shè)備工作狀況和窯內(nèi)環(huán)境的變化，對(duì)耐火材料提出了新的要求。

不定型耐火材料在新型干法窯上的配置

我廠(chǎng)成立于上世紀(jì)八十年代，是一家專(zhuān)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(guó)300多家水泥企業(yè)的合作使用經(jīng)驗(yàn),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(chǎng)家參考。

預(yù)分解水泥窯耐火材料使用部位較多，其中靜止設(shè)備的襯料約占總量的70%-80%。不同規(guī)格的水泥窯及系統(tǒng)的不同使用部位對(duì)耐火材料有不同的要求，設(shè)計(jì)配套時(shí)必須選用與其相適應(yīng)的品種;同時(shí)各生產(chǎn)廠(chǎng)家所用的原燃材料品質(zhì)、設(shè)備狀況、操作控制習(xí)慣等方面的差異，客觀(guān)上對(duì)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(yīng)商會(huì)根據(jù)每座水泥窯的實(shí)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(guò)程中，除了要承受1400度以上的高溫以外，還要受到機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的破壞。因此，前窯口耐火澆注料的使用壽命對(duì)整條水泥生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期有著至關(guān)重要的影響。

1.1.1 機(jī)械應(yīng)力損壞

回轉(zhuǎn)窯作為動(dòng)態(tài)設(shè)備，在運(yùn)行使用過(guò)程中，前窯口的耐火澆注料承受著兩種機(jī)械應(yīng)力：一是窯的徑向剪切應(yīng)力，二是沿窯筒體方向的軸向擠壓應(yīng)力。徑向剪切應(yīng)力主要來(lái)源于回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行中產(chǎn)生的機(jī)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(yīng)力的破壞也更大。前窯口的軸向擠壓應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是因窯筒體與水平線(xiàn)成3.5%~4%的傾斜，窯內(nèi)物料在窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從窯尾向窯頭方向運(yùn)動(dòng)，前窯口澆注料在運(yùn)動(dòng)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(dòng)的趨勢(shì)。在這兩種機(jī)械應(yīng)力的作用下，對(duì)前窯口澆注料就要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

1.1.2 熱應(yīng)力損壞

數(shù)據(jù)表明，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過(guò)程中前窯口熟料出口溫度達(dá)到1400多度，入窯二次空氣溫度達(dá)1200多度。在窯體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，窯皮時(shí)掛時(shí)落，溫度變化頻繁，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)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(shì)，窯徑也不斷增大，窯口的出料量也在增加，這不僅使機(jī)械應(yīng)力變大，窯內(nèi)的熱力強(qiáng)度也要大幅度提高，澆注料單位面積所受的熱負(fù)荷也相應(yīng)增大，熱應(yīng)力的破壞作用更加明顯。在這種情況下，前窯口澆注料應(yīng)該具有更好的熱震穩(wěn)定性。

1.1.3 化學(xué)侵蝕損壞

化學(xué)侵蝕是水泥窯用耐火材料損壞的主要原因之一。由于每個(gè)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(jìn)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(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕作用，形成膨脹性礦物使其開(kāi)裂剝落，發(fā)生“堿裂”破壞。因此，前窯口澆注料應(yīng)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(yīng)該具備足夠的耐火度、機(jī)械強(qiáng)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(guān)鍵材料，隨著水泥工業(yè)技術(shù)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(lái)石質(zhì)耐火澆注料的發(fā)展。我廠(chǎng)的HN-20G莫來(lái)石高強(qiáng)耐火澆注料最早使用在1997年投建的臺(tái)灣嘉新京陽(yáng)5000T/D水泥生產(chǎn)線(xiàn)，通過(guò)京陽(yáng)水泥廠(chǎng)技術(shù)改造日產(chǎn)熟料達(dá)到6700噸,在此工況下HN-20G使用周期仍達(dá)到8-12個(gè)月以上，后來(lái)在國(guó)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(xiàn);2002年法國(guó)拉法基在四川投建的都江堰拉法基3500T/D生產(chǎn)線(xiàn)正式投產(chǎn)，根據(jù)該生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際工況對(duì)前窯口耐火材料提出了新的標(biāo)準(zhǔn)，我們研發(fā)了HN-20GF莫來(lái)石鋼纖維高強(qiáng)耐火澆注料，使用周期達(dá)到10-12個(gè)月，滿(mǎn)足了客戶(hù)的使用要求;銅陵海螺萬(wàn)噸線(xiàn)的建設(shè)對(duì)耐火材料的發(fā)展又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，針對(duì)萬(wàn)噸線(xiàn)的具體工況，我們又研發(fā)了HN-20GT剛玉莫來(lái)石高強(qiáng)耐火澆注料，在兼顧HN-20G的性能的基礎(chǔ)上，提高了材料的機(jī)械強(qiáng)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(zhǎng)時(shí)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(duì)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(yán)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(diǎn)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(shè)備的使用工況，對(duì)應(yīng)前窯口澆注料，我廠(chǎng)研制了HN-20GP、HN-20GFP和HN-20GTP,在大型水泥窯上使用周期達(dá)到5-8個(gè)月以上。

1.3 窯頭罩、篦冷機(jī)

窯頭罩和篦冷機(jī)屬于相對(duì)靜止設(shè)備，受到的機(jī)械應(yīng)力損壞比較小，工作溫度總體比回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度要低，因此對(duì)耐火澆注料的要求相對(duì)要低一點(diǎn)。有幾個(gè)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(lái)的高溫熟料反彈熱沖擊，對(duì)于一些大型水泥窯，日產(chǎn)熟料量大，該處所受熱負(fù)荷比較高，一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料如果養(yǎng)護(hù)升溫控制不好的話(huà)，容易發(fā)生爆裂掉塊;窯頭罩頂部靠近三次風(fēng)管處，粉塵氣流沖刷相對(duì)比較嚴(yán)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(duì)材料的流動(dòng)性和早期強(qiáng)度要求比較高;二、篦冷機(jī)前端頂部受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對(duì)較高，變化較大;前端兩側(cè)矮墻長(zhǎng)期受到通過(guò)窯口下來(lái)的高溫熟料的磨損，也承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力破壞;三、三次分管的拐彎處，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(yīng)根據(jù)各自工況需要合理選擇。具有早強(qiáng)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(shè)計(jì)的時(shí)候都采用一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料就能滿(mǎn)足使用的要求。

1.4 預(yù)分解系統(tǒng)

原始生料在預(yù)熱器中逐級(jí)升溫，在此過(guò)程中生料中的堿、氯、硫等有害成分不斷揮發(fā)、凝聚，反復(fù)循環(huán)而不斷富集，對(duì)耐火澆注料產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕，發(fā)生“堿裂”破壞，所以設(shè)計(jì)中該部位采用高強(qiáng)耐堿澆注料。與原始生料相比，最熱級(jí)旋風(fēng)筒的熱料中堿、氯、硫的富集濃度分別達(dá)到5倍，80-100倍，3-5倍之多。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，窯尾預(yù)分解系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到結(jié)皮堵塞的情況，預(yù)分解系統(tǒng) 易結(jié)皮堵塞的部位主要有上升煙道至C5風(fēng)管水平段，C5膨脹倉(cāng)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(fēng)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(guò)對(duì)結(jié)皮堵塞物及窯灰的化學(xué)分析結(jié)果是，氯含量較高是預(yù)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(guān)。根據(jù)這一工況要求，我廠(chǎng)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(xué)侵蝕性能，而且在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，會(huì)在材料表面產(chǎn)生SiO2玻璃狀光滑物質(zhì)層，更加有效的阻止了有害氣體對(duì)耐火澆注料的化學(xué)侵蝕，此外碳化硅具有很強(qiáng)的耐磨性，在下料管等部位可以滿(mǎn)足大量生料的沖刷要求。

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(chǎng)施工澆注成型，每個(gè)品種的材料的加水量、施工時(shí)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(guān)工序，不同的部位對(duì)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(xiàng)目或窯爐檢修時(shí)，耐火澆注料的供應(yīng)方和施工方是不同的單位，那么在施工質(zhì)量的控制上可能達(dá)不到耐火澆注料供應(yīng)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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)，我廠(chǎng)在1997年單獨(dú)成立了爐窯公司，長(zhǎng)期為各大水泥企業(yè)提供選型、耐火澆注料、施工等配套項(xiàng)目，免除企業(yè)后顧之憂(yōu)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)有著濕法窯和傳統(tǒng)干法窯無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在不定型耐火材料的選型上也有別于其它類(lèi)型的水泥窯，每個(gè)企業(yè)要根據(jù)自身設(shè)備、原燃材料的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化配置，提高水泥窯生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。我廠(chǎng)為各水泥企業(yè)提供全方位配套服務(wù)，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(hù)航。

參考文獻(xiàn)

【1】 曾大凡，張用賓.新型干法水泥窯用耐火材料的技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀.中國(guó)建材科技,2001,(1):33-36

【2】 張衛(wèi)東,窯外分解窯耐火材料配套及合理使用.水泥工程,2004,(5):30-32,54

【3】 支俊秉,石云生.預(yù)分解系統(tǒng)結(jié)皮堵塞的原因及對(duì)策.水泥工程,2006,(6):44-45