水泥窑用耐火材料的现状和发展-陈友德

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1、水泥窑用耐火材料的现状和发展陈友德天津水泥工业设计研究院半个多世纪以来，世界水泥总产量从1950年的1.3亿吨增加到2006年的25.8亿吨（1），水泥工业所需的碱性耐火衬料，2006年消耗约100万吨（2）。非碱性的耐火衬料的消耗量低于此数。20世纪水泥工业有两次重大的技术突破，第一次是回转窑在世纪初得到全面推广，第二次是预分解技术的出现，大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的发展，而与水泥工业配套的耐火材料，也反映出此发展趋势。简略地说，上世纪初至50年代是以粘土、高铝质耐火材料来满足以湿法窑为主的传统回转窑的生产和发展，50年代以后，上述材料的性能进一步

2、完善和提高，出现了以镁质耐火材料来适应悬浮预热、预分解窑技术的发展，并随预分解窑技术进展而提高。本文就水泥窑用耐火材料的现状和发展作一介绍：1、预分解窑的工艺特点及其对耐火材料的影响（3）（图1）70年代初期出现的预分解窑在生产工艺上有一系列特点，对耐火材料提出了不同于传统窑上的新要求，主要情况如下：图1预分解窑工艺流程图1.1窑温更高及其影响—165—预分解窑配用厚层篦冷却机和一次风比例少的多风道燃烧器，窑头又加强了密闭和隔热，燃料燃烧充分，火焰集中，离窑熟料温度在1400℃左右，入窑二次风温可达1000℃以上，系统内上下过渡带、烧成带及窑门罩，冷却机喉部和高温区以及燃烧器外侧等部位的工作温

3、度远高于传统窑上的相应部位。因此，窑的烧成带及上下过渡带必须使用高性能的碱性砖，在窑口及窑门部位和窑后端的分解带，则使用特种高铝质耐火材料。1.2窑速加快及其影响传统回转窑的转速一般只有60~70r/h，预分解窑为180~210r/h，在高转速、高温度的大型窑上，窑衬所受热应力、机械应力的综合破坏效应比传统窑上大得多。这就要求在窑转动过程中，窑衬无论在冷态和热态下均具有足够强度和稳定性。在耐火砖型制造和窑衬设计中都要保证更严的精确度，并要求更高的施工技术。1.3碱等挥发性组分的侵蚀及其影响预分解窑系统内，碱的硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致窑料中这些组分的富集。在预分解窑系统内生料

4、与原始生料相比，最热级预热器的窑料中R2O、SO3和Cl-的含量往往分别增达5、3~5和80~100倍。相应部位窑气中这些组分的含量也大增。就使回转窑后端和最下的预热器、分解炉、上升烟道、喂料斜坡和窑筒后部约1/3的部位，即所有砖面温度为800~1200℃的部位（当原燃料含氯高时更扩及600~1200℃的部位），窑料中形成低融熔温度的矿物，裹带其余窑料在回转窑后端结圈、结球，以及在预热器、分解炉系统下部高温部位的衬里上形成结皮，严重时干扰窑的正常运行，必须停窑处置。所用普通粘土砖和高铝砖受来自窑料和窑气渗入砖内的碱化物等的侵蚀，产生膨胀，使砖“碱裂”损坏。实践证明窑料含R2O>1%和Cl->0

5、.015%时，不仅使生产产生干扰，而且较为严重损坏系统内耐火衬料。当出窑熟料含碱等过高时，冷却机热端、窑门罩和三次风管中的普通粘土砖和高铝砖也会发生碱裂损坏。1.4窑系统结构复杂及其影响预分解窑和预热器窑系统的结构极为复杂，对耐火材料带来要求：首先是砖型多，80年代从日本引进的一些预分解窑系统内非标准砖型在100种以上，欧洲采用标准就简化得多，现国内的预分解窑生产线砖型经标准化后已降至30余种，砖型过多必然对耐火材料的生产管理和窑衬施工都带来复杂性，因而产生了砖型和窑衬设计简化和标准化的要求。特别对预热器系统，必须尽量避免采用复杂的砖型，以减少生产和施工的困难，使生产成本降低，还要保证火砖及耐

6、火烧注料在砌筑后窑衬的质量。烧成系统的结构复杂导致窑衬的设计和施工的复杂，因而要求更高的技术。1.5节能要求及其影响预分解窑尾的预热器、分解炉系统、三次风管系统、回转窑，窑门罩和篦冷机装备外表面散热面积较大，一台5000t/d生产线的不动设备总表面积为9422m2—165—，单位熟料散热损失约105kJ/kg，回转窑散热面积为1086m2，单位熟料散热损失为125kJ/kg，二项合计约230kJ/kg，若能将耐火隔热衬料和工作层衬料的导热系数进一步降低，总的散热损失再减少20kJ/kg，一条生产线年节约燃料约1200t标煤，年减少CO23000t的排放量，以2006年新型干法产能计算，则年节约

7、31.2万吨标煤，减少CO2排放78万吨，以及一定数量的NOx。2、预分解窑技术进展对耐火材料的需求70年代出现的预分解生产技术，至今生产方式没有变化，但技术不断优化且产能不断提高，利用率逐年增加，热耗逐步下降，有害物排放量愈来愈低，工业废弃物作燃料大幅增加，仍为水泥工业技术发展的主流，其技术主要为：2.1系统产能逐年增大70年代预分解窑主要规格为2000t/d，最大生产能力4000t/d，进入2