大型干法回轉窯窯襯優(yōu)化配置的探討與應用

　　0 前言
　　隨著國家基礎建設對水泥需求的持續(xù)增長及“十一五規(guī)劃”明確淘汰落后產(chǎn)能（立窯、1000 t/d以下）的要求，給大中型旋窯水泥工業(yè)的發(fā)展帶來了新機遇。至目前全國新型干法生產(chǎn)線已突破1000臺，其產(chǎn)能所占總量已達60%以上；而且旋窯規(guī)模的大型化以及窯轉速的加快，對耐火磚的熱震穩(wěn)定性、抗機械應力、抗化學侵蝕的要求較高。因此，耐火磚的選用、配置優(yōu)化和管理，是影響窯系統(tǒng)運行效率的一個重要因素。本文就海螺集團大型回轉窯耐火磚的使用和優(yōu)化情況作一分析探討。

　　1 海螺集團回轉窯窯襯使用概況
　　海螺集團目前擁有近60臺2 000 t/d到10 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線，回轉窯窯襯的配置經(jīng)歷了不斷實踐、總結、摸索和優(yōu)化的過程。以前海螺水泥回轉窯磚型配置設計主要為：燒成帶和過渡帶分別采用進口鎂磚系列、尖晶石系列，使用周期為10個月左右；預熱帶采用國產(chǎn)抗剝落磚，使用周期為20個月左右。這一配置方案基本能滿足回轉窯運行要求，但進口磚價格較貴，每年每條窯需購置300～500t進口堿性磚；而且進口堿性磚都是集中采購和到達，造成庫存居高不下，同時在海上運輸時間較長，加上訂購、生產(chǎn)、存放等環(huán)節(jié)周期等原因，必然都對堿性磚的使用及其效果產(chǎn)生一定影響。

　　隨著國產(chǎn)堿性磚質量的不斷提高，海螺也通過多年不斷對國產(chǎn)堿性磚進行試用跟蹤和總結，在取得一定使用經(jīng)驗基礎上以后，逐步摸索全窯國產(chǎn)化配置。在2005年第一次實現(xiàn)了全窯國產(chǎn)化配置，從2006年以后，日產(chǎn)5000 t回轉窯內襯全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化配置（見表1），

表1 5000 t/d回轉窯目前國產(chǎn)化內襯配置方案

　　使用壽命在保持或超過進口堿性磚的前提下，實現(xiàn)了每臺5000t/d回轉窯每年能節(jié)省內襯近100萬元的直接成本。但隨著環(huán)保和節(jié)能降耗的需要，表1的窯襯配置的一些不足之處也日趨明顯。如用于上過渡帶的尖晶石磚導熱系數(shù)大，窯筒體外壁溫度高，窯中部托輪瓦溫度升高，影響設備的正常運行，具體分析如下。

　?。?）表1窯內用磚品種比較多，增加了平時耐火磚的管理難度，尤其是窯內磚使用壽命達不到同步效果，協(xié)調性差，為了降低直接成本，只得分段更換維修，使檢修間隔時間一般在4～6個月。這樣，整窯耐火磚檢修頻率一般為2～3次/年，個別窯達4次/年以上。因此表1配置方案，既增加了檢修時間和勞動強度，又增加了熟料成本，同時含鉻廢磚對環(huán)境還會產(chǎn)生一定的隱患。

　　（2）使用時存在主要問題：前過渡帶使用的尖晶石磚在施工時易碎，易造成內襯成本上升；而且尖晶石磚或燒成帶使用的鎂鉻磚的導熱系數(shù)大（≥2.7W/m·K），使得窯筒體外壁溫度較高（大約在380℃左右，高溫時能達420℃）。筒體外壁溫度較高，一方面使窯筒體散熱增加，從而加大熟料熱耗，引起熟料單位成本增加；另一方面極易使筒體受熱膨脹，致使窯中部托輪瓦溫度升高，尤其是在使用后期或夏季給設備的正常運行帶來較大隱患。鎂鉻磚或尖晶石質量密度較大（2.9～3.0 g/cm³），相比較硅莫紅磚要重10％（約每米增加1.35 t），顯然這增加了窯筒體的承重，也增加窯支承系統(tǒng)的負荷。此外鎂鉻磚、尖晶石磚均屬于堿性材料，在南方地區(qū)極易吸濕而發(fā)生內部晶相轉化，從而造成磚的粉化、水化，輕則影響使用，重則失去使用價值。

　?。?）預熱帶存在的問題：大型水泥窯預熱帶所使用的耐火材料傳統(tǒng)設計為抗剝落磚，抗剝落磚具有熱震穩(wěn)定性高、使用周期長（達2年以上）的特點。

　　但近年來原材料，特別是抗剝落磚主要組成成分鋯英砂價格猛增。其中國產(chǎn)鋯英砂原材料價格從3 000元/t左右漲到9 600元/t，進口鋯英砂更是達到了12000元/t，而抗剝落磚銷售價格并沒有同步上漲，造成抗剝落磚生產(chǎn)廠家為了降低成本不得不使用替代材料，從而影響了使用壽命?，F(xiàn)在抗剝落磚使用壽命一般在一年半左右。

　　2 大型回轉窯窯襯的優(yōu)化配置
　　2.1優(yōu)化配置方案
　　為降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)節(jié)能減排，需要進一步提高科學管理水平，實現(xiàn)回轉窯窯襯三年二次大修的安全使用壽命目標。圍繞這個目標，經(jīng)對窯用耐火材料品種性能的研究分析和業(yè)已取得的經(jīng)驗總結，進行了窯用耐火材料的優(yōu)化配置探索與實踐并取得了一定經(jīng)驗。

　　為使各段耐火材料在整條窯上同步使用，延長耐火材料的使用壽命，海螺相關專業(yè)人員與國內外一些專業(yè)耐火材料生產(chǎn)廠家做了大量的研究和使用跟蹤工作，并曾與國際知名耐火磚生產(chǎn)廠家（如雷法和奧鎂公司）成功合作使用無鉻（鎂鐵尖晶石磚、純鎂磚和白云石）或低鉻耐火磚；近年又跟蹤開發(fā)、使用了更具有技術優(yōu)勢的替代產(chǎn)品硅莫磚等系列，與國內山東魯中和無錫寶宜在海螺部分窯后過渡帶成功使用了硅莫磚。尤其是窯口、前過渡帶（26～36 m等）位置使用江蘇君耀開發(fā)的硅莫紅磚系列耐火磚，已達到18個月以上的使用效果，整體使用性能優(yōu)于尖晶石磚。

　　經(jīng)過幾年的積極探索和使用實踐，我們對整條水泥回轉窯耐火材料的進一步合理使用和優(yōu)化配置積累了一定的實踐經(jīng)驗。若能做到窯內用磚品種只選有兩個品種主磚，通過優(yōu)化操作，加強工藝檢修管理，則整條水泥窯耐火材料可以實現(xiàn)以3年為周期進行維修管理，實現(xiàn)3年二次大修目標，使窯的運行周期大幅度提高。優(yōu)化后的配置見表2（各種耐火材料的性能對比見表3），既簡化了耐火材料管理程序，降低生產(chǎn)、維修和管理成本，同時又達到無鉻化環(huán)保要求。

表2 優(yōu)化后窯襯配置方案

表3 各種耐火材料的性能對比

　　表2配置方案已在海螺5000t/d回轉窯上分別進行過使用，實際壽命基本能達到設計要求，同時硅莫系列耐火磚已在國內外大型回轉窯廣泛使用，并取得了良好的使用業(yè)績。

　　2.2優(yōu)化配置效益測算
　?。?）改善窯中輪帶部位運行條件。因硅莫磚導熱系數(shù)小[1.7 W/（m·K）]，使得窯筒體外壁溫度較低（大約在320℃左右），筒體不易變形，且改善了窯中部托輪的受力情況，有利于設備的正常運行。

　　（2）優(yōu)化后的配置方案消除了鉻離子污染源，符合行業(yè)的可持繼發(fā)展要求和環(huán)境保護要求。

　　（3）提高產(chǎn)量和降低耐火磚檢修成本。對5 000t/d生產(chǎn)線而言，采用優(yōu)化的配置方案，使得窯襯的大修實現(xiàn)了3年2次大修，與一年1次大修相比每年可節(jié)約窯襯檢修直接成本約50萬元以上；而且因窯運轉率提高，所帶來的熟料產(chǎn)量提高和余熱發(fā)電的增加等效益測算，每年可多實現(xiàn)利潤近70萬元。

　　（4）節(jié)能效果明顯。硅莫磚較小的導熱系數(shù)（1.7W/m·K）使得窯筒體外壁溫度維持在320℃左右，較小的熱損降低了熟料的單位成本。經(jīng)設計技術部門測算，5000t/d窯的前、后過渡帶使用硅莫磚與尖晶石磚相比較，每天可以節(jié)約標準煤2 077.2 kg（按此算，每臺窯每年節(jié)約用煤600多t，約合30萬元）；

　?。?）便于調配儲存及降低管理費用。硅莫紅磚具有性能穩(wěn)定、保管簡便、供貨響應及時等優(yōu)點，且不存在吸濕水化的問題，倉儲保管非常簡便。另外，硅莫紅磚制造周期較短的特點也有利于合理備磚，減少備品量，節(jié)約資金。全窯主要只用兩種磚，較少的磚種也有利于降低管理成本。

　　3 結論

　?。?）經(jīng)過多年的發(fā)展與實踐積累，國產(chǎn)耐火磚在5000t/d回轉窯上的配置已達到或超過國際同行業(yè)水平，在以后使用中將逐步得到進一步驗證。

　?。?）對于日產(chǎn)5000 t/d熟料生產(chǎn)線如采用本文表2配置方案，可以達到減少停窯次數(shù)、降低磚耗與筒體溫度等，使每臺窯每年能節(jié)約綜合成本在100萬元以上。

　?。?）由于符合環(huán)境友好無鉻化要求，采用硅莫紅系列、鎂鐵尖晶石或白云石磚等無鉻耐火磚的優(yōu)化配置將是今后新型大型回轉窯窯襯的必然選擇。

參考文獻

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