水泥回轉(zhuǎn)窯對耐火磚要求及耐火材料配置
2020-09-21 17:34:27 點(diǎn)擊：
水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶和過渡帶對耐火磚要求
由于堿性耐火磚具有良好的掛窯皮性能，低熱導(dǎo)率和對熟料的有良好的抗侵蝕性等優(yōu)點(diǎn)，因此會被水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶和過渡帶應(yīng)用，回轉(zhuǎn)窯燒成帶用耐火磚一直是一個(gè)重要課題，對堿性耐火磚有9個(gè)要求。
①：具有優(yōu)良的粘掛窯皮性能，易于掛好穩(wěn)定的窯皮
水泥回轉(zhuǎn)窯在正常生產(chǎn)過程中，高溫區(qū)域的耐火磚熱面能否粘掛上一層均勻、穩(wěn)定且厚度適宜的窯皮，這對延長耐火磚的使用壽命和使回轉(zhuǎn)窯長期、效率、安全作業(yè)至關(guān)重要。因?yàn)楦G皮的存在可以減輕水泥熟料對耐火磚的侵蝕，可以降低耐火磚熱面的溫度，同時(shí)也能降低窯筒體的溫度，可以防止要筒體因?yàn)檫^熱造成變形，導(dǎo)致使用壽命降低。
②:具有良好的熱震穩(wěn)定性能
水泥回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)一周的過程中，耐火磚熱面可以產(chǎn)生200~300℃的溫度改變，當(dāng)水泥窯運(yùn)行不規(guī)律，頻繁停窯檢修時(shí)，耐火磚更要受到上千度溫差沖擊，所以一定要求使用在水泥回轉(zhuǎn)窯中耐火磚具有良好的熱震穩(wěn)定性能。
③：抗化學(xué)侵蝕能力要強(qiáng)
水泥窯中的耐火磚在運(yùn)行時(shí)，將要受到水泥熟料的侵蝕，水泥熟料的侵蝕可以改變耐火磚內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，造成耐火磚性能的惡化，所以水泥回轉(zhuǎn)窯中的耐火磚的抗化學(xué)侵蝕能力一定要強(qiáng)。
④：較強(qiáng)的抗剝落性能
水泥廠由于各種原因停窯時(shí)，有可能造成耐火磚表面窯皮層的大量脫落，在窯皮層脫落過程中將可能伴隨著一部分耐火磚的剝落，這將嚴(yán)重地影響耐火磚的使用壽命。所以耐火磚必須要有較強(qiáng)的抗剝落性能，這樣隨著窯皮層的脫落而剝落的耐火磚層就較為薄，耐火磚的使用壽命就能得到較好的保證。
⑤：常溫和高溫力學(xué)強(qiáng)度要高
水泥回轉(zhuǎn)窯在轉(zhuǎn)動(dòng)中，位于托輪處的磚受擠壓，位于窯筒頂部的磚受窯皮質(zhì)量和自重帶來的拉伸。磚咋窯內(nèi)收到的是壓、拉、扭、剪的綜合機(jī)械應(yīng)力。窯的轉(zhuǎn)動(dòng)，筒體橢圓度，襯磚和筒體之間的磚與磚之間的擠壓、扭動(dòng)、窯筒體變形，都會在磚襯之間產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。水泥回轉(zhuǎn)窯中使用的耐火磚都必須能夠承受較高的機(jī)械力作用。因此耐火磚應(yīng)該具有較高的高溫力學(xué)強(qiáng)度，這樣才能承受窯襯之間、窯襯與筒體之間產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。
⑥：磚型正確，磚外觀規(guī)整，尺寸公差要小
水泥回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)的施工要求耐火磚的磚型要正確，尺寸公差要小，否則在耐火磚的砌筑過程中會造成無法合攏，或造成窯體運(yùn)行中耐火磚抽簽掉磚事故，這些都嚴(yán)重影響著水泥窯的正常生產(chǎn)。
⑦：產(chǎn)品質(zhì)量要穩(wěn)定
水泥回轉(zhuǎn)窯中的耐火磚使用種類多，磚型多，為了維護(hù)回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，要求各種耐火磚的質(zhì)量一定要好，否則一兩塊磚的損壞可能迫使水泥廠更換相鄰部位的幾環(huán)耐火磚，造成巨大浪費(fèi)和損失。
⑧導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)要低
水泥廠是能源消耗的大戶，其中通過筒體散熱而消耗的能量占去了很大一部分。為了降低窯筒體的散熱損壞，而熱膨脹系數(shù)角度的耐火磚受熱后膨脹量就小得多，磚與磚之間產(chǎn)生的應(yīng)力也就小得多，對耐火磚取得好的使用壽命也有很大的幫助。
⑨低鉻或無鉻，減小鉻公害
新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯中大規(guī)模使用的直接結(jié)合鎂鉻磚，在使用后會造成Cr6+污染，嚴(yán)重危害了水泥廠周邊的環(huán)境。為了人類共同的家園，要求水泥窯中的耐火磚無鉻或低鉻，減小鉻公害。只有這樣才能達(dá)到水泥的清潔生產(chǎn)。
堿性耐火磚是指以堿性氧化物如Mg0和CaO為主要成分的耐火制品，粘附在耐火磚表面物料是水泥回轉(zhuǎn)窯的窯皮，可以防止高溫條件下被化學(xué)侵蝕或者機(jī)械磨損，窯皮如果出現(xiàn)脫落就會導(dǎo)致耐火磚性能下降，對水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶上的耐火磚有要求外，也需要嚴(yán)格把控窯皮的物料選擇和施工。
一般的回轉(zhuǎn)窯分為進(jìn)料帶(預(yù)熱帶)、下過渡帶、上過渡帶、燒成帶、卸料帶(冷卻帶)幾個(gè)區(qū)域，各區(qū)域長度比例分布示于表1(D為窯筒體鋼板的有效內(nèi)徑)。
表1 回轉(zhuǎn)窯各區(qū)域長度比例
進(jìn)料帶 |
下過渡帶 |
上過渡帶 |
燒成帶 |
卸料帶 |
| ～5D |
～2D |
～3D |
～4D |
～1D |
各個(gè)區(qū)域的工況條件和材料選用分述如下。
⑴ 進(jìn)料帶：該帶一般采用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚、抗剝落高鋁磚，也有采用耐堿磚，窯尾進(jìn)料口宜采用抗結(jié)皮的碳化硅澆注料。
⑵ 下過渡帶：該帶溫度相對低，要求磚襯的導(dǎo)熱系數(shù)小，耐磨；一般都采用抗剝落高鋁磚，硅莫磚在性能上優(yōu)于抗剝落高鋁磚，壽命比抗剝落高鋁磚高約1倍，價(jià)格是高鋁磚的1．5倍左右。
⑶ 上過渡帶：該帶窯皮不穩(wěn)，要求窯襯抵抗氣氛變化能力好、熱震穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐磨；國外采用鎂鋁尖晶石磚，但該磚的導(dǎo)熱系數(shù)大，國內(nèi)的硅莫磚導(dǎo)熱系數(shù)小、抗磨，性能一定程度上與進(jìn)口材料相媲美。
⑷ 燒成帶：該帶溫度高，化學(xué)反應(yīng)激烈，要求磚襯抗熟料侵蝕、抗SO3、CO2能力強(qiáng)，環(huán)保要求無鉻公害，鎂鉻產(chǎn)品抗SO3、CO2的能力不佳，與熟料反應(yīng)生成CrO3，造成使用壽命較短，國外一般采用鎂鋁尖晶石磚，但該磚掛窯皮比較困難，而白云石磚熱震穩(wěn)定性不好，易水化；國外的鎂鐵尖晶石磚在掛窯皮上效果較好，但造價(jià)太高，國內(nèi)新采用低鉻的方鎂石復(fù)合尖晶石磚使用情況較好。
⑸ 卸料帶：該帶窯皮不穩(wěn)，溫度波動(dòng)較大，要求磚襯的導(dǎo)熱系數(shù)小、耐磨、抗熱震；國外一般使用尖晶石磚，但尖晶石磚的導(dǎo)熱系數(shù)大且耐磨性不好，國內(nèi)近年多采用硅莫磚和抗剝落耐磨磚；窯口部位采用抗熱震的澆注料。
常用材料的技術(shù)性能見表2。
表2 常用材料技術(shù)性能
理化指標(biāo) |
抗剝落高鋁磚 |
方鎂石復(fù)合尖晶石磚 |
硅莫磚 |
鎂鋁尖晶石磚 |
鎂鐵尖晶石磚 |
直接結(jié)合鎂鉻磚 |
| 主要成分A1203 |
≥70 |
6～9 |
≥63 |
1～14 |
4～6 |
|
| MgO |
|
≥78 |
|
82～87 |
87～92 |
≥80 |
| Fe2O3 |
|
|
|
0.8 |
3～5 |
|
| Cr2O3 |
|
2～4 |
|
|
|
8 |
| 耐火度(℃) |
1780 |
|
≥1790 |
|
|
|
| 0.2MPa荷重軟化點(diǎn) |
≥1470 |
≥1700 |
≥1600 |
≥1700 |
≥1700 |
≥1650 |
| 常溫耐壓(MPa) |
≥45 |
≥50 |
≥90 |
≥65 |
50 |
≥45 |
| 體積密度(t/m3) |
2.5～2.6 |
≥3 |
≥2.6 |
2.85～3.0 |
2.85～3.0 |
≥2.9 |
| 耐磨系數(shù)(CC) |
|
|
8.2 |
|
|
|
| 導(dǎo)熱系數(shù)(W·mk) |
1.4 |
|
2.5 |
2.8 |
2.6 |
|
根據(jù)以上的分析，我們可以參照選擇在配套中采用何種配置，但是每個(gè)項(xiàng)目的原料、燃料的不同還要結(jié)合自身的特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如在國外項(xiàng)目中有采用石油焦作為生產(chǎn)用燃料，由于石油焦中含有大量的S，熱值較高，燃燒不充分，如果使用直接結(jié)合鎂鉻磚，則磚中的Cr就會與S結(jié)合形成R2(Cr，S)O4，它們滲透在磚襯之內(nèi)，甚至在窯筒體鋼板上發(fā)生沉積，促進(jìn)了沉積部位窯體鋼板的的腐蝕變質(zhì)。在水泥窯中，CaO還與SO3反應(yīng)，生成體積膨脹的CaSO4和CaS，與CaO相比，生成后的體積效應(yīng)分別是275％和155％，導(dǎo)致磚的開裂，從而破壞整個(gè)磚襯，所以在材料的配置上還要考慮生產(chǎn)所用原料和燃料的成分。
