預(yù)熱器旋風(fēng)筒陶瓷內(nèi)筒的應(yīng)用
引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國水泥工業(yè)迅猛發(fā)展,日產(chǎn)2500噸、5000噸甚至10000噸熟料的預(yù)分解生產(chǎn)線在全國各地拔地而起。然而這些生產(chǎn)線的預(yù)熱器旋風(fēng)筒內(nèi)筒至今仍采用耐熱鋼制造。一般來說,耐熱鋼在600—1000℃之間有較好的機(jī)械性能,但當(dāng)溫度大于1000℃時,其機(jī)械性能則大大降低。即使是王牌耐熱鋼Gr25Ni20,最高使用溫度可以達(dá)到1200℃,但在1000℃以上其機(jī)械性能也會大大降低。
眾所周知,水泥窯預(yù)熱器內(nèi)筒特別4級及5級內(nèi)筒,要長時間經(jīng)受800—1200℃高溫及高物料濃度氣流的沖刷,同時氣體中含有大量的K、Na、CL、S等有害成分,這對耐熱鋼的使用壽命和效果來講,是非常不利的。因此,水泥窯預(yù)熱器4級及5級內(nèi)筒用的耐熱鋼材料,常常會因材料耐不了高溫而發(fā)生變形,從而影響內(nèi)筒的通風(fēng)面積,使掛接處斷裂,掛板脫落或整個內(nèi)筒脫落,堵塞下料管,而被迫停窯。即使不發(fā)生上述現(xiàn)象,耐熱鋼材料也會因為在高溫下機(jī)械性能降低,逐漸變軟和受到Na腐蝕而很快破、磨損,其使壽命也只有一年左右。
1.陶瓷材料替代耐熱鋼
鑒于這種情況,如何尋找一種更好的材料來替代耐熱鋼,就成為我們這些為水泥工業(yè)服務(wù)的耐火材料企業(yè)一項義不容辭的工作。
陶瓷材料是耐火材料的一種,具有良好的高溫性和抗侵蝕性。這種材料的耐火度一般在1600℃以上,而荷重軟化溫度也在1400℃左右,因此以這樣的條件,即使使用在水泥窯預(yù)熱器內(nèi)800-1200℃溫度環(huán)境中,也是決對沒有問題的。此外,陶瓷材料的耐磨性及抗氧化性也是耐熱鋼無法比擬的。
另一方面,陶瓷內(nèi)筒的原材料資源豐富、價格低廉。同規(guī)格的預(yù)熱器陶瓷內(nèi)筒的造價相對要比同規(guī)格耐熱鋼內(nèi)筒低。我們知道,耐熱鋼中的Ni和Gr都是重要的戰(zhàn)略物資,我國是缺Ni的國家,每年都花大量的外匯從國外進(jìn)口Ni。但如果采用陶瓷內(nèi)筒替代耐熱鋼內(nèi)筒,每年可節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)耐熱鋼Gr25Ni2O。以日產(chǎn)2500噸水泥熟料生產(chǎn)線為例,一臺窯年產(chǎn)水泥100萬噸,我國水泥產(chǎn)量近14億噸全國就要有1400臺窯,每臺窯內(nèi)筒用耐熱鋼大約6噸,則全國每年就要消耗8400噸優(yōu)質(zhì)耐熱鋼Gr25Ni2O。而采用陶瓷內(nèi)筒替代耐熱鋼內(nèi)筒,不僅可以減少造價,節(jié)省稀缺資源,同時可以減少大量的溫室氣體排放,為企業(yè)和國家?guī)砭叽蠼?jīng)濟(jì)效益和社會效益。
2000年,長興盛華耐火材料有限公司在有關(guān)科院所及專家的幫助和指導(dǎo)下,開始研制和開發(fā)陶瓷內(nèi)筒。經(jīng)過兩年多的反復(fù)試驗,終于在2001年研制出第一批陶瓷內(nèi)筒。
通過測試,發(fā)現(xiàn)陶瓷內(nèi)筒內(nèi)部有納米彌散相的存在,產(chǎn)生了優(yōu)異的強(qiáng)韌化效果,使其具有耐高溫、強(qiáng)度高、高溫時抗拉抗折性能好、耐冷熱急變性能好等特點,從而得到國家科技部及業(yè)內(nèi)專家的肯定,并獲得國家專利。
2. 應(yīng)用效果評價
目前,該陶瓷內(nèi)筒已經(jīng)通過徐州霸王山水泥廠、杭州水泥廠、邳州水泥廠等多家水泥廠試用,證明納米陶瓷內(nèi)筒具有耐高溫、耐磨、不氧化、不變形、耐冷熱、急變性能好的優(yōu)點。
杭州某水泥廠預(yù)熱器1#、2#、3#內(nèi)筒在使用一年后無任何變化,4# 5# 內(nèi)筒表面稍有磨損,仍可持續(xù)使用3-5年。實踐結(jié)果證明,該廠自使用陶瓷內(nèi)筒以來到2006年停窯檢查時,1# 2# 3# 4# 5#內(nèi)筒均完好無損,盡管由于該廠已停產(chǎn),無法得到進(jìn)一步驗證,但從各項技術(shù)參數(shù)上表明,該陶瓷內(nèi)筒再持續(xù)使用數(shù)年,也沒有任何問題。
與此同時,為了使陶瓷內(nèi)筒適用于日產(chǎn)2500噸熟料及以上的大型水泥窯,長興盛華耐火材料有限公司又從提高耐冷熱急變性能、高溫抗拉強(qiáng)度及耐堿性等方面入手,不斷改變材料配方及掛接方式,研發(fā)能夠更好地適用于大型水泥窯旋風(fēng)筒的陶瓷內(nèi)筒。
目前納米陶瓷內(nèi)筒已在浙江裕廊、遼寧撫順、湖北京蘭、洛陽新黃河等眾多水泥廠推廣使用,都取得了良好的經(jīng)效益及社會效益。實踐證明,目前這項納米陶瓷內(nèi)筒的生產(chǎn)工藝及安裝工藝都己經(jīng)趨近成熟,大規(guī)模使用納米陶瓷內(nèi)筒的時代己經(jīng)到來。
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