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详细介绍水泥窑用耐火材料

文章编辑:耐火材料 发表时间:2022-05-13 浏览次数:393次

新型干法水泥消费技术是指以悬浮预热和窑外预分解技术为中心,把古代科学技术和工业生产的最新效果普遍地使用于水泥消费的全过程,构成一套具有古代高科技特征和契合优质、高产、节能、环保以及大型化、自动化的古代水泥消费办法。新型干法水泥生产线次要由预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、三次风管几个零碎构成,各自区域有着不同的任务特点和运用环境,新型干法回转窑由于工艺特性形成碱、硫等挥发性组份的富集、窑温进步、窑径加大、窑速放慢、结构复杂等缘由,形成对耐火材料的化学腐蚀、低温毁坏、机械应力和热应力等综合破碎效应比传统窑要大,再加之以后更高的环保节能要求,应依据工况特点,各区域应选用不同的耐火材料。 

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1.预热器用耐火材料的选用 


预热器的作用是应用回转窑及篦冷机冷却水泥熟料时的余热对水泥生料停止预热的余热应用零碎,在这个零碎里,预热器普通有4-6级,(最高处为一级)曾经均化配好料的水泥生料进入从最高层经过料管逐级进入预热器完成脱水和预加热,三次风管将冷却风预热引入最初一级预热器,物料向下活动,热风向上排出,逐级停止换热,完成对水泥生料的预热进程。 充分利用余热是预热器的次要功用,但是预热器表面积很大,为了降低能耗,所以必需采用多种隔热材料与耐火材料组成复合衬里,到达降低配备表面温度、充分利用余热的目的。 


预热器和预分解炉热工制度有如下特点: 


预热器与预分解窑炉的温度(次要指设置在设备壁面的热电偶测试出的温度),从第一级预热器到第五级预热器和预分解窑炉顺次为:不高于450℃、650℃、750℃、900℃、1000℃和1100℃。 

在这样的煅烧温度下,煅烧物料根本没有液相呈现,基本上不存在结块和烧结。加之零碎的热工形态比较稳定,因此预热器和分解炉中的耐火材料的配置不需过高的耐火度,无需太高的强度;由于预热器和分解炉位于整个热气流的尾端,温度变化的频度和幅度较小,因而无需过高的热震稳定性。 


由于预热器和分解炉均为运动设备,可用较大的设备外壳,包容较多的耐火材料,因而可选用导热系数较低的保温材料,降低设备外壳温度,到达节能的目的。 


由于局部预热器和分解炉外形较复杂,可选用在成型上较灵敏的耐火浇注料。 


在800℃~1200℃范围内是碱金属氧化物发作冷凝堆积的温度带,因而在碱含量较高的原、燃资料下,预热器在很大范围内,耐火材料在遭到热腐蚀的同时,也要经受得住碱金属氧化物的化学腐蚀。 


在预热器,由于含有碱硫气体的烟气从预热器中扫除,所以要思索碱硫气体对耐火材料的腐蚀,由于水泥生料从常温可以逐渐到达800℃左右,绝对温度较低,所以选用耐火材料时次要思索物料的冲刷磨损作用和侵蚀作用即可,为了降低热损耗,窑衬构造按两层资料配置,外层为导热系数低,强度也较低的保温材料,工作面为有一定强度且可以较好抵抗碱性物质腐蚀的耐火材料。 


普通状况下,预热器先在壳体上粘贴一层硅酸钙板停止保温处置,然后采用高强耐碱砖和高强耐碱浇注料停止砌筑。高强耐碱砖普通用于预热器旋风筒和锥体上半部,预热器中的下料管、风管、锥体下半部和旋风筒顶部采用高强耐碱浇注料停止砌筑。 随着近年来回转窑的产量进步,预热器从单系列开展到双系列,从最早的四级预热,添加到六级预热,关于一、二级预热器,可采用黏土质耐碱耐火材料,以降低成本和进步保温效果;对三级以下的预热器,应思索耐火度为1100℃以上的耐碱耐火材料。在5级预热器的温度逐步增高,设有5、6级预热器的预热零碎,曾经设计采用耐高温的抗剥落高铝砖和高铝质低水泥浇注料停止砌筑。关于耐火材料强度的要求,取决于气流的速度,气流速度较高处,应依据用户的设计和工况条件停止耐火材料配置。 


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2.分解炉耐火材料的选用 


水泥窑尾的低温烟气经过窑尾烟室进入分解炉,曾经经过预热的大部分水泥生料从预热器进入分解炉(剩余一部分直接从5级预热器下料管进入下料溜槽),水泥生料中的大部分碳酸钙在这里发生初步分解,生成氧化钙和二氧化碳,温度逐渐上升到1000-1200℃左右。同预热器一样,分解炉异样要思索热损耗的成绩所以需求粘贴硅酸钙板停止保温处置,与预热器不同的是分解炉温度有所提高, 

所以晚期的干法回转窑出于本钱思索,大多选用高强耐碱砖作为窑衬,但是近年来水泥企业为了提高产量,使分解炉的温度失掉进步,到达1200℃以上,同时随着水泥窑大型化趋向,分解炉的高度和直径也在不时添加,高强耐碱砖由于荷重硬化温度较低,临时运用会发生膨胀景象,同时高强耐碱砖在低温情况下的磨损功能曾经不能满足运用要求,所以,以后分解炉大多采用抗剥落高铝砖作为窑衬。在缩口处和鹅颈管地位采用高铝质浇注料停止浇注施工。 


经过分解炉后,水泥生料曾经完成局部预分解进程,再经过料管进入窑尾烟室,经过下料斜坡进入回转窑。窑尾烟室是回转窑与分解炉、预热器停止衔接的独立密封构造,在这里物料从这里进入回转窑,回转窑内发生的烟气在这里会聚,温度绝对较高,物料冲刷严重,这里的温度点刚好处于烟气中低熔点硫氯碱盐的冷凝温度范围(800-1100℃)左近,烟气中低熔点硫氯碱盐很容易冷凝,在碱含量到达一定数量并逐渐富集,并和水泥生料中的小颗粒及细粉共同附着于窑衬耐火材料上构成结皮,梗塞下料管、烟室和烟管。水泥消费进程中,一旦构成结皮,就会形成回转窑物料梗塞而停产, 


所以构成结皮时必需用人工或机械方式停止肃清,在肃清结皮进程中,假如结皮粘结的十分结实,会很容易招致耐火材料一同剥落。为了处理这个成绩,就需求在容易构成结皮的窑尾烟室和隶属的下料管,烟管采用抗结皮浇注料停止砌筑。抗结皮浇注料是采用在浇注料中添加一定量的碳化硅而避免结皮的,碳化硅具有硬度高,浸润角小、抗腐蚀才能强的特点,各类硫氯碱盐及其共生物很难向外部浸透而粘挂,就算呈现了粘挂窑皮景象,也很容易被清算。 


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3.回转窑各窑段耐火材料损坏机理及合理配套选材 


回转窑是水泥消费的关键设备,临时运转中,耐火材料与回转窑壳体之间有一定的滑动或滑动趋向,发生一定的摩擦,所以耐火砖必需具有必要的强度,抵抗摩擦带来的损害。回转窑的机械特点及对耐火材料的强度要求。从轴向看,回转窑不是相对的刚性体,由于回转窑筒体在支撑点之间的挠度,随着回转窑的运转,呈现与旋转同步的周期性弯曲,由于三组拖轮的回转窑采用了非静定构造,当各个拖轮组因温度差别有不同的收缩量时,将使窑筒体的同轴度呈现偏向,发生较大的附加荷载。当回转窑忽然停电时(在暴雨条件下更为严重),形成窑筒体因上下受热不均呈现较大的弯曲变形,使窑内的耐火砖接受较大的挤压应力。这些附加应力将经过窑筒体最终作用在窑衬上。由于回转窑本身存在1%左右的倾斜度,所以回转窑耐火砖之间还要临时接受窑尾到窑口的径向挤压应力的毁坏和热膨胀应力。 


综上所述,水泥回转窑沿轴向散布,可区分为以下各个热工带 


a喂料带 位于回转窑的尾部,约1.5~2.0m 


b预寒带 也称分解带。 


c后过渡带 也称过渡带 


d烧成带 


e冷却带 


f窑口 


依据以上分区,整个回转窑的耐火材料配置可按以下思绪配置。 


3.1窑尾喂料带到预寒带耐火材料的选用 


窑尾到预寒带的长度约占全窑的1/4到1/3, 在这一区域,入窑的水泥生料温度疾速上升,窑气中的硫、氯等挥发性成分使回转窑内物料生成一定的低熔物并参与砖内反响,生成长石、白榴石、钾霞石等膨胀性矿物、最大膨胀率可达45%,容易使砖发生炸裂,所以炸裂是此处窑衬损坏的次要缘由。因而,该部位所用耐火材料除应该具有适宜的耐火度、强度外,还应该具有优秀的抗侵蚀性。 

所以,在距过渡带较近一段,我们引荐运用耐压强度高、耐磨性能好的硅莫耐磨砖。硅莫耐磨砖是以特级高铝矾土熟料和碳化硅为原料,经高压成型,低温烧结制而成,产品具有常温耐压强度高,低温构造强度高,热震稳定性好、抗腐蚀才能强,在运用进程中任务面上可以不时生成保护层,耐磨性好,抗剥落功能强等一系列优点。 


在接近窑尾局部或小型回转窑上,从用户本钱角度,我们也可以引荐运用耐压强度高、抗剥落功能好的抗剥落高铝砖。抗剥落高铝砖在窑尾局部的运用周期普通都在2年以上。 


在回转窑的尾部约1m地位,由于处于回转窑末端,耐火砖需求固定,所以只能用浇注料停止砌筑,普通可选用窑口公用浇注料或钢纤维耐磨浇注料。 

3.2过渡带耐火材料的选用 


过渡带环境温度较高,入窑后的物料停止充沛加热,但未能到达烧成形态,受烧成带影响,过渡带处于热工不波动形态。由于过渡带温度动摇大,熟料外部液相量少、液相粘度不够,形成窑皮时长时消,粘挂不牢,使衬砖临时暴露在低温环境之中,直接禁受低温熟料的冲击和磨损,与水泥熟料中熔体、硅酸盐低熔物、窑气中K2O、SO2、KCl等组分对低温暴露衬砖的浸透、化学腐蚀,在温度梯度和腐蚀层浓度梯度的作用下,衬砖蜕变层呈现致密化,发作结构层变化,当窑内温度场发生变化时,在热应力和机械应力作用下,蜕变结构层极易发作开裂、零落。往复循环下去,衬砖寿命遭到严重影响,是新型干法窑的薄弱环节。 


同时,由于过渡带温度场容易受喷煤管及燃料变化的影响而不时的变化,耐火材料在重复的温场变化时,容易呈现热疲劳景象,普通资料接受不了由于温度场变化惹起的急冷急热,招致了过渡带衬砖呈现损坏。所以,水泥回转窑过渡带对耐火材料,不只要有较高的强度以抵挡机械应力,较强的抗热震稳定性以避免热疲劳损害,还要有良好的低温功能和抗侵蚀性。 

镁铝尖晶石砖因与水泥熟料的主成分都属于碱性资料,所以具有优良的抗腐蚀功能,由于添加了镁铝尖晶石,可以取得热震稳定性,所以不断被奥镁、雷法等国外企业引荐使用于水泥回转窑过渡带。由于我国耐火材料起步较晚,相关技术开展较为迟缓,直到进入21世纪,才逐渐被我国耐火材料企业停止模拟消费,但是,普通的尖晶石砖由于消费原料、生产工艺、消费设备和消费技术等要素制约,在水泥回转窑过渡带的使用寿命普通都在3-4个月,最长工夫不超越6个月,过渡带窑衬一年需改换几次,水泥回转窑用镁铝尖晶石砖的市场一直被进口产品垄断。 


随着节能降耗绿色开展理念的推行,镁铝尖晶石砖导热系数较高(350℃,4.0w/m.k)的缺陷越来越分明,同时随着我国耐火材料行业的大胆尝试和理论使用,我国水泥行业逐步采用了绝对导热率低的硅莫砖(350℃,2.5w/m.k)替代了镁铝尖晶石砖,并且失掉了较好的效果。 


硅莫砖是我国研发的一种具有中国特征的耐火材料,但很遗憾,在国外市场还没有失掉认可和推行。硅莫砖是以高铝矾土熟料为根底,添加碳化硅制造的一种新型耐火材料 ,因制品含有碳化硅,且在低温烧结进程中生成有较多的原位莫来石,所以叫硅莫砖,有些同类产品因含有红柱石,所以叫硅莫红砖,这两类产品的差异不大,都具有良好的低温体积稳定性,较好的热震稳定性与抗侵蚀性以及较高的耐磨性能,特别是,与镁铝尖晶石砖相比,硅莫砖的导热系数绝对较低,同等条件下运用硅莫砖部位的筒体温度绝对较低,所以,在日益注重节能环保的社会发展趋势下,硅莫砖越来越多地使用在了水泥回转窑。硅莫砖在水泥回转窑的运用地位大多集中在窑尾,经过理论,4000t/d及以下水泥回转窑过渡带目前大多采用了硅莫砖停止砌筑,5000t/d回转窑过渡带因工况复杂, 虽有局部采用,但未完全推行。 


普通状况下,我们通常将过渡带分为两段,上过渡带和下过渡带,普通称接近预寒带的局部称为上过渡带,接近烧成带的中央为下过渡带。在上过渡带普通采用1650硅莫砖(硅莫红砖)即可,下过渡带由于温度较高,所以只能采用镁铝尖晶石砖或1680硅莫砖(硅莫红砖),由于该区域温度较高,过渡带用耐火材料的使用寿命普通在12个月左右。 


硅莫砖与镁铝尖晶石砖相比拟具有导热系数低,热震稳定性好、性价比高的优势;镁铝尖晶石砖与硅莫砖相比拟具有抗腐蚀功能更强的优势和导热率高的优势,在零碎处置渣滓水泥回转窑上,镁铝尖晶石砖的抗碱硫腐蚀效果更好,所以在大型回转窑,从安全系数思索,仍大多采用镁铝尖晶石砖停止砌筑。全体上,硅莫砖因性价比优势,在国际有替代镁铝尖晶石砖在水泥回转窑使用的趋向。 

3.3水泥回转窑用节能降耗方案 


在水泥行业,水泥熟料的烧结消费进程耗费的动力简直占到整个水泥消费进程中能源消耗总量的80%以上,回转窑作为关键的烧成设备,其能源消耗又占了整个烧成零碎能源消耗总量的80%,回转窑的窑壳筒体材质为钢材,受运转特性制约无法运用隔热材料停止隔热保温,招致了少量热量从窑内经过筒体向大气分发,严重影响了水泥消费进程中的全体热利用效率。为了避免回转窑筒体受过高温度影响损坏、保证设备平安运转,回转窑衬砖用到二分之一左右时分就要重新改换,耐火砖的实践利用率仅为40-50%,形成少量的资源糜费。 


实际上由于水泥熟料的导热率较低(1000℃,1.2w/m.k)左右 ,烧成带在运转时可以粘挂窑皮,烧成带筒体温度反而不高,回转窑筒体温度较高的部位在过渡带。降低水泥回转窑的筒体温度,特别是降低过渡带筒体温度,不只可以降低水泥行业生产成本,浪费燃料还可以进步耐火砖的利用率、促进我国珍贵的耐火材料资源的可继续开展,具有重要的经济和社会意义。 

3.4烧成带耐火材料的选用 


水泥回转窑烧成带是水泥完成硅酸盐晶相转化的关键区域。在窑内烧成带,熟料的烧结温度为1300℃~1450℃,而火焰温度高达1800℃~2000℃,向周围收回少量的辐射能,火焰临时的舔舐作用会使任何耐火砖都迅速分解损毁。为了抵挡低温,需求粘挂一层窑皮来维护衬砖。所谓窑皮是指水泥生料在烧成带和过渡带的耐火砖外表上,经过粘附和化合而构成一层具有强度的物料层。 当耐火砖外表呈现极少数的液相时(俗称出汗),生料就会在低温形态下黏结在耐火砖外表,构成窑皮的初始层。生料中的某些元素,还会向耐火砖外表微观渗透到一定深度,随着窑的转动,耐火砖在这一初始窑皮的根底上,逐步一层层构成较厚的,较为波动的窑皮。它可以无效抗磨、隔热、阻滞热腐蚀和化学腐蚀。因而耐火砖与水泥生料适当反响构成窑皮的才能,称挂窑皮才能。这是针对回转窑烧成带和过渡带耐火材料提出的术语和概念。 


烧成带耐火材料除了低温,水泥熟料熔体及煤灰中硅酸盐低熔物的渗入、过热、热震及热疲劳的影响和机械应力的影响也是形成水泥回转窑烧成带衬砖损坏的次要要素,熟料和燃料中硅酸盐低熔物加剧了化学腐蚀的速度;窑皮不波动或运转不正常,频繁的开停窑形成衬砖内呈现频繁的热应力。当耐火砖遭到的压力、拉力、歪曲力、剪切力等交替变化的综合机械应力,超越了砖的构造强度时,砖就会开裂损坏。所以,选用优秀耐火材料,挂好窑皮并维护好窑皮以及原料预均化、运用符合要求的燃料减缓化学腐蚀是延伸回转窑烧成带运用周期的关键因素。 

镁铬砖初始挂窑皮比拟容易,所以晚期在水泥回转窑烧成带失掉临时运用,但由于镁铬砖中的局部铬离子遇水会从Cr3 转变为剧毒和致癌的Cr6 ,污染环境,所以2012年我国开端施行水泥中铬离子含量不得大于10ppm的水泥新规范后,各类镁铬砖就很快加入了水泥行业市场,被各类无铬耐火制品替代。 


目前市场上呈现并适用于水泥回转窑烧成带的无铬产品有:白云石砖,镁锆砖,镁铁尖晶石砖,镁铝尖晶石砖由于不容易粘挂窑皮,不适用于烧成带。 


白云石砖(镁钙砖)属于碱性耐火材料,次要成分为氧化钙和氧化镁,由于砖内均匀分布着少量游离的CaO,极易与熟料中的C2S反响生成C3S,所以白云石砖极易挂窑皮,且砖与窑皮粘结严密、巩固,但该产品存在受潮后极易水化粉化,不容易贮存保管,对施工和运用要求较高的致命缺陷,无论在哪个环节出了忽略,就会酿成大的成绩,所以在市场上选用的企业极少。 

镁锆砖是在镁砖中参加大批的(2%)锆氧化物,能经过CaO ZrO2生成高熔点的CaZrO3,进步耐火砖与生料的结合才能,进步窑皮的稳定性。同时ZrO2还能大大提高耐火砖的热震稳定性和低温强度。目前因价钱要素限制了它的使用。 


镁铁尖晶石砖最早呈现在国外,最后是奥美公司以欧洲阿尔卑斯山产高铁镁砂加上铁铝尖晶石消费的,由于中国出产的镁砂铁含量较低,所以不断没有此类产品,在国际耐火材料行业消费出铁铝尖晶石后,在国际呈现了以镁砂加尖晶石原料消费的镁铁尖晶石砖。镁铁尖晶石砖在目前市场上是水泥窑烧成带使用最多的无铬碱性制品。 

3.5冷却带耐火材料的选用 


为了增加铁铝酸三钙和铁铝酸四钙(C3AF、C4AF)含量,以促使水泥熟料的晶相转化,进步水泥强度,保证水泥质量,水泥熟料低温煅烧后,必需疾速进入篦冷机(篦冷机)停止疾速停止降温,所以,水泥熟料在烧成带完成烧结后,就要迅速冷却经过冷却带和窑口部位排出,依据各企业喷煤管和火焰长度变化差别,有的企业把冷却带和窑口都称为窑口区域。 

在大型干法窑消费中,冷却带窑衬是大型回转窑中最单薄窑衬之一,在冷却带,虽然环境温度没有高温带高,也没有烟气腐蚀,但受生产工艺限制,水泥回转窑冷却带都很短,回转窑窑口处离窑熟料温度高达1400℃,入窑二次风温度达1200℃,窑口简直是完全暴露在1700℃低温火焰的辐射之下。 


随着窑的大型化、产量添加,单位工夫内经过的熟料量添加,窑口部位没有窑皮维护,已离烧成带的熟料和大块窑皮的温度降低,水泥熟料冷却结晶构成熔块颗粒后,在回转窑的运转进程中,在约1400℃低温的颗粒较大、强度很高的熟料的磨损和冲刷下,窑口资料容易磨损。 


由于回转窑的一档轮带区域正好也在这个地位,机械应力和轴向应力也会对耐火材料发生挤压,所以窑口最前端必需用浇注料全体浇筑,以对耐火砖停止固定。 


二次风温度的大幅度提高、窑体的斜度和转速的放慢、窑口没有波动的窑皮,要求衬砖必需有很好的低温体积稳定性,以消弭由于热应力发生的损坏,同时要有很高的热态、冷态强度和耐磨性能,才干满足冷却带运用要求。 


目前,水泥回转窑冷却带,除了窑口0-0.6米地位 ,剩余局部都采用了耐火砖停止砌筑,且大多采用镁铝尖晶石砖和硅莫砖停止砌筑。相比较而言,镁铝尖晶石砖比硅莫砖的抗腐蚀才能要好,但导热率较高,硅莫砖的导热率较低,但抗碱腐蚀才能不如镁铝尖晶石砖,所以,在该区域,假如用户的原料中的碱硫成分不高,用硅莫砖即可,假如经常出现碱硫成分过高惹起的剥落景象,就只能用镁铝尖晶石砖,这些需求依据经历结合实际状况辩证选择。 

3.6窑口耐火材料的选用 


水泥熟料冷却后经过窑口排往篦冷机,窑筒体与水平线成3.5%~4%的倾斜,窑内物料在窑运转时从窑尾向窑头方向运动,在运动物料的推力,及窑内耐火砖的轴向应力的共同作用下,有往窑头方向挪动的趋向,形成窑口的轴向挤压应力十分大,为了避免全体耐火砖发生位移,所以窑口部位只能采用浇注料停止全体施工,所以这里指的窑口仅指出料端0-1米地位,又称前窑口。 


回转窑作为静态设备,在运转运用进程中,前窑口的耐火浇注料接受着两种机械应力:一是窑的径向剪切应力,二是沿窑筒体方向的轴向挤压应力。径向剪切应力次要来源于回转窑运转中发生的机械变形,随着窑径加大,窑速放慢,前窑口周期性的受压和松压作用加剧,耐火浇注料接受的径向剪切应力的毁坏也更大。 


回转窑运转进程中,前窑口熟料出口温度到达1400℃,入窑二次空气温度达1200℃,在窑体运转进程中,窑皮时挂时落,温度变化频繁,由此发生的热应力是前窑口浇注料损坏的次要缘由之一。随着水泥窑大型化,窑径不时增大,窑口的出料量也在添加,这不只使机械应力变大,窑内的热力强度也要大幅度提高,浇注料单位面积所受的热负荷也相应添加,热应力的毁坏作用愈加分明。在这种状况下,前窑口浇注料应该具有更好的热震稳定性。 


前窑口浇注料在低温环境下应该具有足够的耐火度、机械强度、热震稳定性和耐磨性,针对窑口单薄的特性多采用具有优越抗热震功能、抗冲击功能和耐磨性能的窑口公用浇注料,窑口公用浇注料采用先进的工艺配方,以优质刚玉、碳化硅、出口红柱石和添加剂制成,具有体积稳定性好,抗热震、抗腐蚀、耐磨损功能好的优点,在正常操作状况下,窑口公用浇注料的寿命可到达12个月以上。