新型干法水泥窯用耐火材料的優(yōu)化配置

　　新型干法水泥窯耐火材料使用部位較多，其中靜止設備的材料約占總量的70%～80%。不同規(guī)格的水泥窯及系統(tǒng)的不同使用部位，對耐火材料都有不同的要求，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。本文主要闡述不定形耐火材料在水泥窯上的配置狀況。

　　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℃以上高溫外，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生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)周期有著至關重要的影響。

　?、倩剞D(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，對前窯口澆注料要求有足夠的機械強度。

　?、跀?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℃，入窯二次空氣溫度達1200℃，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。

　?、刍瘜W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也不一樣，生礦石和原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。

　　[Page]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，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)、莫玉石質(zhì)耐火澆注料的發(fā)展。我公司的HR-PA80DT剛玉-莫來石窯口專用澆注料，最早使用在2001年投建的浙江桐星集團水泥有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線上，使用周期8～10個月以上，后來廣泛推薦使用于2500t/d、5000t/d以上規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線。根據(jù)新型干法水泥生產(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HR-75MDT剛玉-莫來石窯口專用澆注料，使用周期達到10～12個月，滿足了客戶的使用要求；對于5000t/d水泥生產(chǎn)線設備的建設，耐火材料的發(fā)展又是一個新的挑戰(zhàn)。針對5000t/d水泥生產(chǎn)線的具體工況，我們又研發(fā)了HR-75MDTF剛玉-莫來石鋼纖維高強窯口專用澆注料，在兼顧HR-PA80DT、HR-75MDT性能的基礎上，提高了材料的機械強度和熱震穩(wěn)定性。

　　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，而且該氣流夾著窯內(nèi)的熟料粉塵，燃燒器耐火澆注料需要足夠的耐磨性。鑒于上述兩點，燃燒器澆注料的性能要求比前窯口澆注料要求更高，根據(jù)新型干法水泥生產(chǎn)線設備的使用工況，對應前窯口澆注料，我們研制了HR-75MET、HR-75MEF和HR-PA80ET噴煤管專用料，使用周期達到5～8個月。

　　3.窯頭罩、篦冷機

　　窯頭罩和篦冷機屬于靜止設備，受到的機械應力損壞比較小，工作溫度總體比回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度要低，對耐火澆注料的要求相對要低一點。

　　[Page]有幾個特殊部位需要提出：一是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，此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，容易發(fā)生爆裂掉塊。窯頭罩頂部靠近3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，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。二是篦冷機前端頂部不僅受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高、變化較大。前端兩側矮墻長期通過窯口下來的高溫熟料，受到一定的機械應力和熱應力的損壞。三是3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根據(jù)各自工況需要合理選擇，具有早強防爆性能的HR-DFB1、耐磨性更高的HR-DFB，及熱震性更佳的HR-M66莫來石耐火澆注料，都是比較合適的材料，其他部位設計的時候，采用一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料就能滿足使用的要求。

　　 4.預分解系統(tǒng)

　　原始生料在預熱器中逐級升溫，生料中堿、氯、硫等有害成分的不斷揮發(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，所以設計時此部位采用高強耐堿澆注料。與原始生料相比，最熱級旋風筒的熟料中堿、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，窯尾預分解系統(tǒng)經(jīng)常會遇到結皮堵塞的情況，預分解系統(tǒng)易結皮堵塞的部位主要有，上升煙道至C5風管水平段，C5膨脹節(jié)及下料管，堵塞物主要是高溫黏結的物料；窯尾煙室縮口和下料斜坡，堵塞物主要是結皮物料，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)通過對結皮堵塞物及窯灰的化學分析結果是，氯含量較高是預分解系統(tǒng)頻繁結皮堵塞的根本原因，這在一定程度上與水泥企業(yè)采用的石灰石的品位及原料、燃料的品質(zhì)有關。

　　根據(jù)這一工況要求，我公司研制了HR-50S和HR-60S抗結皮澆注料，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)生氧化反應，在材料表面產(chǎn)生SiO₂玻璃狀光滑物質(zhì)層，更加有效地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。