無(wú)煙煤對(duì)耐火磚要求-耐火材料選型依據(jù)

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1、前言水泥窯用耐火材料新產(chǎn)品的發(fā)展及其與運(yùn)行工況的適應(yīng)性貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院彭能華一、在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，要想保證窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)并延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，其正確、合理地選擇及使用水泥窯用耐火材料和保溫材料至關(guān)重要。不同類型、不同規(guī)格的水泥回轉(zhuǎn)窯在不同的部位對(duì)耐火材料有不同的要求，因而必須根據(jù)運(yùn)行工況的要求選用與之相匹配的耐火磚、耐火澆注料以及隔熱保溫材料。隨著水泥煅燒工藝技術(shù)的發(fā)展，水泥窯用耐火材料發(fā)展也很快，一些耐火材料的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新的使用方法相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)并被廣泛應(yīng)用。本文旨在從水泥窯用耐火材料的發(fā)展和應(yīng)用實(shí)踐探討其在水泥新工藝、新裝備工況條件下的適

2、應(yīng)性，進(jìn)而提出水泥窯用耐火材料選擇和配套應(yīng)遵循的原則。二、預(yù)分解窯工藝特點(diǎn)及技術(shù)進(jìn)展對(duì)耐火材料的要求1、預(yù)分解窯的熱工特性對(duì)耐火材料的要求預(yù)分解窯由于碳酸鹽分解過(guò)程大都在分解爐內(nèi)完成，其熱工特性與一般的回轉(zhuǎn)窯有很大的區(qū)別。首先，預(yù)分解窯的固相反應(yīng)集中，反應(yīng)速度快，且為多質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行。由于預(yù)分解窯入窯生料CaCO3分解率已達(dá)85%~95%，在窯內(nèi)首先進(jìn)行固相反應(yīng)，固相反應(yīng)起始于800℃，而預(yù)分解窯窯尾煙氣溫度達(dá)到1000℃以上，就使得入窯物料固相反應(yīng)比較集中，固相反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其放熱量約為480~500kJ/kg?熟料，使入窯物料升溫速度快，很快達(dá)到了燒

3、成溫度。因此預(yù)分解窯分解帶、過(guò)渡帶短，燒成帶長(zhǎng)。其次，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速快，筒體轉(zhuǎn)速為3~4r/min；入窯二次風(fēng)溫高，在使用高效篦式冷卻機(jī)后，二次風(fēng)溫可達(dá)到1000~1200℃，這就大大提高了預(yù)分解窯的煅燒溫度，大型窯內(nèi)火焰溫度達(dá)1700℃以上，即使在小型窯內(nèi)火焰溫度也達(dá)1600℃；出窯物料溫度高，窯口處窯氣溫度在1100~1400℃14，這就要求燒成帶和過(guò)渡帶的窯襯必須滿足以下要求：〔1〕易于掛好并維護(hù)好窯皮；〔2〕有足夠的抗化學(xué)侵蝕能力；〔3〕有良好的熱震穩(wěn)定性；〔4〕在環(huán)境溫度和使用溫度下均有足夠的力學(xué)強(qiáng)度；〔5〕有正確的磚型和尺寸。如果無(wú)窯皮保護(hù)

4、，耐火磚極易因磚內(nèi)溫差應(yīng)力太大而炸裂剝落。窯皮的導(dǎo)熱系數(shù)為1.163w/m?k，如能經(jīng)常維持有150mm左右的窯皮，堿性磚的熱面溫度可維持在600~700℃，熱面層的膨脹率只有0.6~0.7%，而無(wú)窯皮保護(hù)時(shí)，耐火磚熱面層的膨脹率可達(dá)1.5%，將會(huì)造成窯襯內(nèi)溫差應(yīng)力達(dá)60~70MPa，超過(guò)磚的強(qiáng)度，導(dǎo)致磚開(kāi)裂剝落。如何掛好和維護(hù)好窯皮，就必須在窯料成分、耐火磚成分和性能以及窯的設(shè)備條件和煅燒制度配合上下功夫。在冷卻帶由于出窯熟料和窯氣溫度高，又沒(méi)有窯皮保護(hù)，熟料的磨蝕和氣流的沖刷都很嚴(yán)重，則要求耐火磚的熱震穩(wěn)定性優(yōu)良、耐磨性好。在過(guò)渡帶特別是輪帶附近

5、的過(guò)渡帶內(nèi)，溫度變化頻繁，窯皮不易掛牢，時(shí)掛時(shí)掉，該部位窯襯的使用壽命有時(shí)甚至比燒成帶還短，是全窯的薄弱環(huán)節(jié)。在預(yù)熱器部位，由于堿的循環(huán)和富集，對(duì)該部位的耐火材料要求耐堿侵蝕性能好。預(yù)分解窯系統(tǒng)進(jìn)一步降低了熱耗指標(biāo)，由1000kcal/kg?熟料降至725kcal/kg?熟料，預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)的性能和效率進(jìn)一步完善和提高，出預(yù)熱器廢氣溫度由420℃降至300~320℃，相應(yīng)要求系統(tǒng)的散熱損失小。這不僅降低熱耗，更重要的是保持系統(tǒng)內(nèi)溫度，提高入窯物料分解率，有利于窯的熱工制度穩(wěn)定和安全運(yùn)轉(zhuǎn)。減少散熱損失的關(guān)鍵是使用導(dǎo)熱系數(shù)低、工作溫度高的硬質(zhì)硅酸鈣板

6、隔熱材料，這不僅有利于保溫，還將會(huì)使預(yù)熱器系統(tǒng)的荷載降低。分解爐內(nèi)，不同性能的原、燃料在此分解、燃燒；預(yù)分解窯系統(tǒng)的入窯物料分解率逐步增加，和早期的系統(tǒng)相比，預(yù)熱器系統(tǒng)窯尾廢氣溫度提高200℃以上，達(dá)到1200℃，因而堿、硫、氯等有害成分結(jié)皮堵塞的現(xiàn)象和部位有所增加。有的企業(yè)采用低劣質(zhì)煤、工業(yè)廢燃料后，有害物質(zhì)進(jìn)一步增加，結(jié)皮堵塞現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。因此對(duì)于易結(jié)皮部位的襯料設(shè)計(jì)，不僅要考慮抗堿、硫、氯等有害成分的侵蝕，還應(yīng)考慮采用抗結(jié)皮襯料；如SiC等。但由于SiC材料的導(dǎo)熱系數(shù)為4~6.5w/m?k，遠(yuǎn)高于導(dǎo)熱系數(shù)為1w/m?k的耐堿磚，因此與SiC襯

7、料配套的金屬錨釘和錨固件（導(dǎo)熱系數(shù)高，錨固件更易溫度高！）應(yīng)考慮承受高溫和抗堿、硫、氯等有害成分侵蝕的工況條件，相應(yīng)地對(duì)此部位的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和使用溫度的要求也要進(jìn)一步提高。14在使用多通道燃燒器及無(wú)煙煤的分解爐內(nèi)，易產(chǎn)生局部高溫，該部位襯料不僅要抗堿侵蝕、防結(jié)皮，還需承受較高的溫度，對(duì)耐火磚的品質(zhì)要求進(jìn)一步提高，要求耐堿磚的使用溫度和強(qiáng)度較高。另外為減少NOx的排放量，采用局部還原氣氛燃燒，耐火材料內(nèi)Fe2O3的含量要有所限制，要求小于1.5%?！?〕回轉(zhuǎn)窯隨著新型干法工藝技術(shù)的進(jìn)展，入窯物料分解率逐步增加，窯的長(zhǎng)度有所縮短，長(zhǎng)徑比L/D從大于

8、15下降到10~11，轉(zhuǎn)速?gòu)?r/min逐步提高到4r/min以上，窯的單位容積產(chǎn)量從2.5t/m3?d提高