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节能型耐火材料在机立窑上的应用 
(发布日期:2012/7/30 15:24:05)
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  机立窑水泥企业是中国水泥工业的特色,产量占全国的75%左右,构成水泥生产的主体。随着国家产业政策的调整,环保执法的力度加大,以及ISO新标准的实施,对立窑企业将是一个严竣的挑战,因此立窑企业只有加大科技投入力度,依靠合理的生产工艺、先进的生产设备、科学的管理方法,彻底的粉尘治理,才能够以低成本的投入,实现优质、高产低消耗(即各种生产指标、经济效益)达到现代化的水泥生产要求,所以立窑企业的存是符合中国国情的。

  机立窑是我国建材工业中大量消耗能源的窑炉之一,节约能源显得十分重要。十几年来随着机械化立窑的不断发展,对优质耐火材料的需求也日益迫切,这种市场需求,有力地促进了我所在耐火材料方面的研究更进一步,并向优质高效、多品种、系列化发展,在提高质量、发展品种方面又取得了一定的成绩。至今在全国400多机立窑厂家使用实践表明,可降热耗15-20%,且改善操作工况,为高产优质创造良好的条件。

  一、目前立窑窑衬方面主要问题是

  1、立窑高温带炼边,窑内偏火。

  2、工人用钎处理窑面,造成耐火砖凹凸不平。

  3、耐火砖后移,砖缝受熟侵蚀大块脱落,导致穿火。

  出现以上问题是因为我们立窑工作层是选用了普通的高铝砖和差擀不烧砖。一般普通型的高铝砖Al2O3含量在50%左右,多的达50-60%,最高使用温度1300℃。这些硅铝质衬里与水泥熟料相接触时容易粘挂窑皮,形成炼边。许多厂家深受炼边之害,窑工经常用钢纤处理,在三至五个月砖已全脱落,所以这人为机构破损使立窑工作衬里寿命很短,熟料产量低、质量差、热耗高,严重影响了厂家的经济效益。所以立窑耐材料要从实际情况定做,根据立窑不同部位的热工状况、使用条件等合理选择耐火材料的种类非常重要,如立窑的嗽叭口部位即为熟料烧成带,正常煅烧时温度高达1400-1450℃,要求内衬耐火砖具有较高的荷重软化温度、良好的高温结构性能、一定的抗水泥熟料的侵蚀能力、以及良好的热震稳定性。

  二、合理选择

  (一)选择原则

  1、保证机立窑的正常操作与运转,即不易炼边。

  2、正常生产情况下保证机立窑煅烧带耐火砖1年内不损坏。

  3、能使机立窑中边部温度趋于均匀,有效地降低熟料烧成热耗。

  (二)配套设计

  根据立窑规格、生料配料方案和工艺条件进行特定的砖型设计,并对各耐火材料优质选并合理配套。
  机立窑节能型衬是一种高效新型水泥立窑窑衬,采用该窑衬一般要依据水泥立窑的设备和工艺条件进行砖设计和热能设计,并涉及窑衬配套、施工方法、水泥生料成分其配煤量的控制等多项技术。

  (三)耐火砖

  机立窑用耐火砖在使用过程中,受到1400-1450℃高温下发生的物理、化学等作用,容易熔融软化,或被溶蚀磨蚀,或产生崩裂损坏现象,使操作中断,而且玷污物料。因此要求耐火材料必须具有能适应在机窑操作中有关条件的性质。机立窑用耐火材料性质也包括矿物组成、组织结构、热学性质和高温使用性质。常温下测定性质,有气孔率、体积密度、真密度和耐压强度;高温下测定性质,有耐火度、荷重软化、热震稳定性、抗渣性、高温体积稳定性。目前的机立窑用耐火材料对这些理化指标要求比较高,因这些性质的所需要求在机立窑操作过程中直接会影响到耐火材料寿命。所以耐火材料性质可以说从质量中取决于其性质,可以评价耐火材料制品质量的标准。

  例如:机立窑用不烧砖和烧结砖

  不烧砖制品主要用磷酸和化学添加剂组合,并在600℃左右烘制而成,从不烧砖表面颜色看大多是灰色,质量好和质量从表面很难判断。在使用时保持其体积恒定,则应控制它在烧结时不发生收缩。目前生产不烧砖的厂家很多,但能真正控制上述要求县要一定的配料方案和工艺条件,如在制作工艺差的情况下,砖性质不稳定,如使用在喇叭口高温带,受高温作用时则有发生砖收缩会脱浇现象,以致引起整体结构破坏的危险。此外也可以通过高温体积稳定性指标衡量不烧砖制品,在高温工作层由于砖的收缩和砖的荷重软化,有对于其他砌筑体会使砌缝开裂,降低砌体的整体和低抗物料的侵蚀能力。

  烧结砖:烧结砖有很多种,一般根据砖的材质来烧成砖的提高温,材质和高温也是相辅相成的,烧成产品在烧结时都有各个阶段的变化过程,根据不同的产品,材质都有相应的变化。另影响耐火制品烧结的环节因素很多。第一,烧成温度和保温时间;第二,烧成气氛;第三,原料的结晶化学特性;第四,原料的粒度;第五,加入特(如磷酸)等。还有烧成工艺过程有3个工序:装窑(进窑)、烧窑、出窑,从低温到高温的过程,最致窑可以看出砖的质量来,经拣选合格的制品即为成品。如用差质量材料来制成烧结产品砖坯,一旦温度升高1300℃以上,这一阶段的温度变化很大,随着温度升高其液相生产量增加,新的耐火相开始形成并进行熔解重结晶。坯体质量差就很快变型,甚至坯体裂缝和熔塌,所以配料方案是否准确,可以用温度来衡量,一般材质好、配料和烧窑工艺准确,那么出窑的合格率可达99%,另砖的颜色大多一致的。

  烧结是烧成过程中最重要的物理化学反应。所谓烧结是物料经高温作用,变成具有一定强度和气孔率很低,甚至几乎无气孔的致密石状特的工艺过程。在生坯烧成成品,这里面有很多过程,根据不同砖品种用不同的工艺条件和不同的操作手段。最终是通过材质的性质变化,主要是取决于各种品种的化学矿物组成,采用不同的温度烧成各种产品。

  例如:AT型耐磨砖,该制品经过1500℃温度重烧而成,通过测试耐火度、荷重软化点、热震稳定性、抗渣性、高温体积稳定性等都能符合国家标准。以前我们机立窑往往用普通型耐火砖,有些指标达不到标准,特别是高温体积稳定性,因为我们的机立窑在操作过程中边部最高温能达1450℃,因不良耐火砖在高温带配用会再受高温作用时,由于一些烧成变化继续进行,结果使制品的体积发生变化--膨胀或收缩。这种不可逆的体积变化称为残余收缩或膨胀,也称重烧收缩,重烧体积变化的大小表明制品的高温体积稳定性。耐火制品的这一指标对于使用有重要意义。如烧结制品烧成不良或1300℃过程中会变熔化的砌筑,立窑高温带若重烧收缩过大,则有发生砌砖脱落以致引起整体结构破坏危险。以上情况所以我公司耐火砖的矿物质要优选合理配料加工。材质越好,烧结制品时温度越能提高,对气孔率也并可以降低,且提高结晶性能,那么在1400℃左右工作层使用基本不会收缩破损现象。因此制AT型耐磨砖的过程中,我公司对每项指标要求很严。所以在大直径机立窑都选用AT型耐磨砖,在立窑上使用1年内是基本不会损坏,直筒部位同样。立窑的冷却带带砖寿命可达三年以上。

  2、保温层

  机立窑正常操作时最高温度达1450-1500℃,由于砖导热很快,砖尾的温度高达800℃左右,如用普通的保温材料作隔热、保温层很快就粉化。目前隔热材料和隔热制品有很多种,最重要是使用温度是否能达到900℃以上,热导率低是否低于1.0w/(m.k)。另还要根据目前的立窑节能保温方法,如用目前的新型保温材料,热导率低于0.05的硅钙板,该材料隔热很好,可我们的立窑安装耐火砖时,内层砖和保温板中间的空距通常用浇注料来完成整体,但浇注料的水灰比有一定的收缩等立窑烘窑期间浇注料的水分已被硅钙板吸收,正常操作后就散裂缝,隔热系数已高于1.0w/(m.k),所以说保温材料质量好并不等于保温效果好,最关键还是在怎样合理设计配套应用,按目前立窑成熟的保温,首先机窑的保温层厚度具备一定的空距离,一般在200mm以上至350mm之间,按立窑的状况,来选用隔热耐火材料和隔热耐火制品,来多样化保温,在大直径的机立窑衬砖后尾用一层燃尽加入物法的隔热砖制品或多孔材料法生产的耐火制品,该材料其气孔率可达到55-57%,使立窑完成整体结构中分为三至四层保温层,靠筒体边部可以选用低于0.048导热系数材料的制品,然后用密封涂料和高摩数化学胶水涂上,最后再用中温隔热材料砌筑,其中间用浇注料完成,在浇注料的品种很多,主要是收缩率小,使用温度在1300℃以上,强度高的材料。

  三、节能型耐火、保温材料在立窑上的应用

  (一)煤在立窑煅烧水泥熟料中的作用的影响

  煤在立窑煅烧水泥熟料中的作用与影响主要有三:

  1、供应热量

  将生料煅烧成1kg熟料,理论上需要1672-1797kj(400-430kcal)热量。考虑蒸发料球水分耗热、表面散热、熟料和废气所带走热、化学与物理不完全燃烧热损失等,实际需要3344-3763kj(800-900kcal)的热量。因此煤量不够,热必造成熟料生烧。

  2、煤灰-熟料的组成部分

  料球中的煤经煅烧后剩余的灰分即百分之百地参与生料煅烧过程中的熟料形成反应,亦即成为熟产的组份之五。如不按配料方案要求而多掺用了煤,则必须降低了熟料的饱和比和改变硅率与铝氧率,进而导致熟料质量的下降。严重进还会引起熟料的部分粉化。

  3、窑内气氛

  立窑烧熟料时窑内气氛属中性还原。一旦配入了过多了煤,则风(主要利用其中的气氛)显得不足,还原气氛加重。此时生料中的Fe2O3被还原成氧化亚铁(FeO),而FeO易与生料中的其它成份CaO、SiO2、Al2O3生成低温共融相,导致立窑经常性的炼边、结大块,进而形成新的通风不足,使还原气氛更为严重的恶性循环,影响了熟料的产、质量。

  (二)应用原理

  大立窑横断面上,对Ф2.5m以下的立窑靠边部约占整个窑面五份之一左右的环形地带为散热损失区,通过窑壁不断向周围空气介质扩散热量;加上边壁效应边部气流带走一部分热量,使立窑边中部温度不一致,如不采取相应的保温措施,则边部物料因温度低而难以烧结,往往引起塌边漏生,降低了立窑熟料的整体质量。同时中部热量过剩使物料过烧而成大块,影响通风,使熟料冷却速度减慢,也不利于熟料产质量的提高。

   早在六十年代初期,捷兄立窑水泥家E·伊尔固就提出“差热煅烧法”以解决立窑边中部温度不均匀的问题。七十年代和八十年代我国极大多数的立窑基本上都采用“半黑生料”与“差热煅烧”,但能真正做到“差热煅烧”,工艺条件比较复杂,即必须有两套供料和成球系统,否则边中料混料现象十分严重,甚至时有发生中料配煤反而比边料多的“差热乱烧”的情况。目前采用此法的厂家已不多。

  八十年代中期,武汉工业大学童大懋教授提出“等温煅烧”,所谓“等温煅烧”是在立窑烧成带后面敷设一定功率的发热体,将电能转化为热能来提高边部温度,提高边部物料的烧结程度。使用该法后熟料强度和产量都有一定的提高,效果明显,但因发热元件经常损坏,维修难度大且运行费用高,影响了该项技术的全面推广和实施。

  (三)应用效果

  根据各应用厂的使用报告综合反映和热工测试报告可以充分肯定节能型窑衬具有以下功能:

  1、降低熟料热耗,节能显著;

  2、降低窑体表面温度,无须采用外保温措施;

  3、增加机立窑台时产量;

  4、提高熟料质量;

  5、结构稳定可靠,保温效果持久,使用寿命长。

  根据机立窑规格大小,节能衬里与显著。若熟料烧成热耗降低以150kcal/kg计算,则一台Ф3x10m机立窑(台时产量12t/h)全年可节省1851吨标准煤,相当于发热量为5500kcal/kg的实物煤2356吨,价值35.3万元(煤价150元/吨),一个年产20年万吨熟料的水泥厂,每年可节标煤4282吨,价值81.8万元。另以台时产量增加1吨计算,每台机立窑全年可增产熟料7200吨,可熟制普通硅酸盐水泥8470吨,价值169吨。   

  四、节能型耐火、保温材料2002年元月起部份使用企业

  浙江圣奥耐火材料有限公司是中国建材工业经济研究会水泥专业委员会团体会员企业;系南京水泥立窑技术研究所的下属单位,专业从事立窑水泥技术和新型节能耐火、保温材料的研究。已先后为全国近千家水泥个业提供新型节能耐火、保温材料和技术服务,在节能降耗方面取得了显著成效,得到了广大新老用户的一致好评。例如:江苏镇江长江水泥厂、北京平谷水泥二厂、广东塔牌集团、广东东莞茶山水泥厂、广西平果县水泥厂、山东沂州集团、重庆长桥水泥厂等。

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