5000噸耐火材料配置與更新1分析.doc

1、5000t/d 熟料線耐火材料配置與優(yōu)化一、前言國(guó)際耐火材料正在向環(huán)境友好、適應(yīng)性強(qiáng)、使用周期長(zhǎng)等方向發(fā)展，中國(guó)近幾年來在耐火材料生產(chǎn)數(shù)量和技術(shù)裝備方面發(fā)展較快， 如今中國(guó)耐火材料生產(chǎn)總量已居世界第一， 技術(shù)裝備水平少數(shù)廠家已接近世界先進(jìn)水平，目前我國(guó) 5000t/d 以下熟料生產(chǎn)線窯用耐火材料已全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化配置， 同時(shí)出口量每年呈上升趨勢(shì)。 但國(guó)內(nèi)耐火材料生產(chǎn)廠家太多，產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范化不夠， 需經(jīng)過一定時(shí)間的市場(chǎng)整合后，才可能出現(xiàn)中國(guó)耐火行業(yè)品牌產(chǎn)品。 安徽瑞泰新材料科技有限公司將憑借中國(guó)建材集團(tuán)現(xiàn)有平臺(tái)和中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院耐火所多年研究成果的積累， 有志引領(lǐng)中國(guó)耐火材料技術(shù)發(fā)展， 在

2、充分發(fā)揮耐火澆注料創(chuàng)新能力的同時(shí)，以市場(chǎng)為先導(dǎo)，迅速做強(qiáng)做大，力爭(zhēng)在未來三年內(nèi)使公司發(fā)展為中國(guó)名列前茅的耐火材料企業(yè)。二、目前國(guó)內(nèi) 5000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線耐火襯料配置狀況 5000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線為目前國(guó)內(nèi)最典型的主流生產(chǎn)線，其基本配置能代表國(guó)內(nèi)耐火材料的技術(shù)水平。因此本文以5000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線為例。水泥燒成系統(tǒng)是由生料變?yōu)槭炝系膹?fù)雜的化學(xué)過程，它要經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱、分解爐分解、高溫煅燒和冷卻等階段，每一過程的耐火材料都需要適應(yīng)這種過程。一）、預(yù)熱器系統(tǒng)該系統(tǒng)的工藝作用是利用窯尾廢氣將生料從常溫在懸浮狀態(tài)下逐步加熱到 750以上，再進(jìn)入到分解爐系統(tǒng)進(jìn)行分解。該系統(tǒng)所用耐火

3、材料用量接近總用量的三分之二。其熱工特點(diǎn)是11、60%的燃料與預(yù)熱后的生料在分解爐充分混合狀態(tài)下進(jìn)行無焰燃燒，壁面及煙氣溫度一般控制溫度在1000以內(nèi)，其它旋風(fēng)筒從第一級(jí)到第五級(jí)依次不高于450、650、750、900、1000、1100；2、因此預(yù)熱器系統(tǒng)煅燒物料基本沒有液相出現(xiàn)，較少結(jié)塊與燒結(jié)，對(duì)耐火度要求不高，另外整個(gè)系統(tǒng)溫度相對(duì)比較穩(wěn)定，對(duì)耐火材料的熱震性要求不高。3、同時(shí)預(yù)熱器系統(tǒng)為靜止設(shè)備，但設(shè)備體積較大，需選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的保溫材料，以降低外殼溫度。4、由于預(yù)熱器系統(tǒng)形狀較為復(fù)雜，如有錐體、旋風(fēng)筒進(jìn)出口變徑等，還有較細(xì)的下料管和較多的測(cè)量孔等，這些地方使用現(xiàn)場(chǎng)成型的耐火澆注料比較

4、方便。5、在堿含量較高的原、燃料條件下，預(yù)熱器內(nèi)耐火材料在經(jīng)受高溫侵蝕的同時(shí)，也要經(jīng)得住堿金屬氧化物的化學(xué)侵蝕。針對(duì)上述熱工環(huán)境，大體上決定了各級(jí)預(yù)熱器耐火材料的配置，應(yīng)遵循如下原則：1、導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫效果好，工作面層具有一定的強(qiáng)度和抗堿侵蝕性的耐火材料。2、對(duì)形狀復(fù)雜和細(xì)管道較多的部分采用澆注料，對(duì)直筒和規(guī)則部位采用耐堿磚。3、根據(jù)各旋風(fēng)筒溫度不同和節(jié)約成本，分段設(shè)計(jì)不同材料。如對(duì)一、二級(jí)旋風(fēng)筒可綜合考慮耐火和保溫，可選用粘土質(zhì)耐堿耐火材料，而三級(jí)以下的預(yù)熱器，則考慮使用溫度能達(dá)1100以上的耐堿材料。24、對(duì)五級(jí)筒到煙室及分解爐以下部分耐火澆注料表面易結(jié)皮，應(yīng)采用抗結(jié)皮澆注料?，F(xiàn)將 50

5、00t/d 生產(chǎn)線預(yù)熱器選材與用量簡(jiǎn)介如下：1、RK-H 高強(qiáng)耐堿磚用量： 569 噸性能：項(xiàng)目指標(biāo)AL 2O3（%）不大于253023（%）2Fe O65 702（%）SiO耐火度（）不低于1600020Mpa 荷重軟化溫度（）T4 不小于1300常溫耐壓強(qiáng)度（ MPa）不小于60顯氣孔率（ %）不大于20體積密度（ g/cm3）不低于2.20熱膨脹率（ %）不大于0.7導(dǎo)熱系數(shù)（ w/m.k ）不大于1.28熱震穩(wěn)定性 (次)1100-水冷不低于25使用部位：垂直上升煙道、旋風(fēng)筒直筒及錐部2、高強(qiáng)耐堿澆注料用量： 850 噸性能要求：產(chǎn)品牌號(hào)RT-13NLAl 2O3 % 48SiO2%

6、50體積密度（ g/cm3）11024h2.20常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 70/ Mpa1100 3h 70常溫抗折強(qiáng)度110 24h 7/ Mpa1100 3h 7線變化率（ %）11003h0.4最高使用溫度（）1300耐堿性一級(jí)3施工方式振動(dòng)使用部位：預(yù)熱器1-4 級(jí)筒頂部、不規(guī)則部分等；3、高鋁低水泥澆注料用量： 200 噸性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-16Al O%7823SiO2%15體積密度（ g/cm3）11024h2.60常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 100/ Mpa1100 3h 110常溫抗折強(qiáng)度110 24h 11/ Mpa1100 3h 12線變化率（ %）11003h0.3施

7、工方式振動(dòng)使用部位：分解爐、五級(jí)筒部分4、抗結(jié)皮澆注料用量： 112 噸性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-50SAl 2O3% 25SiC+SiO2% 50體積密度（ g/cm3）2.50常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 70/ Mpa1100 3h 80常溫抗折強(qiáng)度110 24h 8/ Mpa1100 3h 10線變化率（ %）11003h0.3施工方式振動(dòng)使用部位：窯尾煙室部分45、硅酸鈣板用量： 156 噸性能：項(xiàng)目指 標(biāo)HCS-20CaO44SiO247體積密度（ kg/m3）200抗折強(qiáng)度（ MPa）0.4導(dǎo)熱系數(shù)（ w/m.k ）0.058最高使用溫度（） 1050重?zé)€變化 2%的試驗(yàn)溫度1050使

8、用部位：所有耐火材料里襯二）、三次風(fēng)管三次風(fēng)管是利用窯頭富氧高溫氣體引導(dǎo)至分解爐風(fēng)管通道，在800-900溫度氣體中含有大量的熟料顆粒，對(duì)拐彎處對(duì)耐火材料沖刷磨損較嚴(yán)重。 因此要考慮該系統(tǒng)的耐堿性和耐磨，故直筒部分采用高強(qiáng)耐堿磚加硅酸鈣板，而不規(guī)則部分采用高耐磨澆注料加硅酸鈣板。目前采用的三次風(fēng)管有兩種：平行風(fēng)管和V 型風(fēng)管，平行風(fēng)管是指與窯幾乎平行的布置形式，V 型風(fēng)管是指風(fēng)管呈V 型，而在風(fēng)管中部低端設(shè)置沉降室和放料閘閥。平行風(fēng)管形式簡(jiǎn)單，外觀簡(jiǎn)潔，投資少，但為了防止熟料顆粒在三次風(fēng)管中的沉降， 必須采用較高的操作風(fēng)速， 因此三次風(fēng)管阻力較大。由于風(fēng)速較高，耐火材料的抗磨損性能要求也高些。

9、而V 型風(fēng)管形式繁雜些，投資大，還需從放料閘閥定期放灰，但V 型風(fēng)管可采用較低的操作風(fēng)速，因而系統(tǒng)阻力低，故風(fēng)速磨損小。5其用量和性能要求如下：1、RK-H 高強(qiáng)耐堿磚用量： 140 噸性能：見上使用部位：風(fēng)管直筒部分2、超高強(qiáng)耐磨澆注料用量： 70 噸性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-JP85Al 2O3 +SiC% 85體積密度（ g/cm3）110 24h3.00常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 150/ Mpa1100 3h 120常溫抗折強(qiáng)度110 24h 15/ Mpa1100 3h 16線變化率（ %）1100 3h0.1耐磨性8施工方式振動(dòng)使用部位：三次風(fēng)管彎曲及閘門部分3、硅酸鈣板用量： 17

10、噸性能：見上使用部位：所有耐火材料里襯三）窯頭罩窯頭罩是回轉(zhuǎn)窯與冷卻機(jī)聯(lián)接部分，是入窯風(fēng)和三次風(fēng)入口處，風(fēng)壓極為不穩(wěn)， 在整個(gè)窯系統(tǒng)中極易產(chǎn)生正壓的地方， 同時(shí)氣體溫度從 800-1300，溫差較大， 而且熟料顆粒的沖刷比較強(qiáng)烈， 故頂部及入口處易損壞。因此在選材上要考慮熱震穩(wěn)定性和耐磨性。1、高鋁質(zhì)早強(qiáng)耐磨澆注料6用量： 180 噸技術(shù)性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-16TAl 2O3 %80SiO2%15體積密度（ g/cm3）11024h2.56常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 100/ Mpa1100 3h 110常溫抗折強(qiáng)度110 24h 11/ Mpa1100 3h 12線變化率（ %）11003h

11、0.3施工方式振動(dòng)使用部位：圓形頂部2、硅酸鈣板用量： 7.2 噸技術(shù)性能：見上使用部位：所有耐火材料里襯四）燃燒器由于燃澆器處于窯口與冷卻機(jī)一段高溫氣體中，同時(shí)煤粉在燃燒器頭部附近燃燒， 受高溫輻射和還原氣氛的影響較大，同時(shí)煤燃燒時(shí)化學(xué)成份對(duì)影響較大， 因此燃燒器頭部板易損壞。 因此耐火材料更強(qiáng)調(diào)其高耐火度和高耐磨性，更高的熱震穩(wěn)定性和抗剝落性能。1、莫來石質(zhì)澆注料用量：5噸技術(shù)性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-70MCAl 2O3 +SiC%70體積密度（ g/cm3）110 24h 2.707常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 100/ Mpa1100 3h100常溫抗折強(qiáng)度110 24h10/ Mpa110

12、0 3h12線變化率（ %）1100 3h0.3施工方式振動(dòng)使用部位：燃燒器入窯頭罩部分五）回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯作為生料在高溫狀態(tài)下煅燒成熟料的回轉(zhuǎn)筒體， 其耐火材料使用周期往往決定了生產(chǎn)周期， 是水泥廠耐火材料管理中重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)過預(yù)熱和 90%左右分解的生料從窯尾進(jìn)入窯內(nèi)后， 其溫度逐步升高，直至 1450以上，完成從生料煅燒成熟料而進(jìn)入冷卻機(jī)。 74 米的回轉(zhuǎn)窯大體可分為五個(gè)熱工階段， 由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火材料必須固定在不斷旋轉(zhuǎn)的筒體上， 基于以下因素， 窯內(nèi)耐火磚的強(qiáng)度不能低于一定值：1、耐火磚與殼體之間有一定程度的滑動(dòng)或滑動(dòng)趨勢(shì)，會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦，耐火磚必須有一定強(qiáng)度來抵抗因摩擦帶來的損害；2、

13、回轉(zhuǎn)窯從軸向看，不是絕對(duì)的剛性體，由于回轉(zhuǎn)窯筒體在支撐點(diǎn)之間存在一定撓度， 在回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)同步的周期性彎曲，由于三組托輪的回轉(zhuǎn)窯采用了非靜定結(jié)構(gòu)， 當(dāng)各個(gè)托輪組因溫度差異產(chǎn)生不同的膨脹量時(shí)， 使窯筒體的同軸度出現(xiàn)偏差， 而產(chǎn)生較大的附加載荷；同時(shí)由于窯筒體有 4%的侵斜度，筒體在旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的向下應(yīng)力。3、筒體在徑向上看，也不是個(gè)理想的圓周，而是一個(gè)近似橢圓形。而且在輪帶部位變形最大， 筒體的變形將使耐火磚承擔(dān)附加的擠壓。由于回轉(zhuǎn)窯的自重和旋轉(zhuǎn)， 使回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生周期性與旋轉(zhuǎn)同步的橢圓化，將使耐火磚承受的交變負(fù)荷。 這種變形或橢圓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)超過耐火磚內(nèi)應(yīng)力，使磚提前損

14、壞。因此，在回轉(zhuǎn)窯上不能使用強(qiáng)度過低的耐火材料，必須有基礎(chǔ)的強(qiáng)度要求。4、窯內(nèi)耐火材料除了承受以上機(jī)械的應(yīng)力外，還要受到高溫氣體和液相熟料的作用，大至可分五、六個(gè)工作帶，需采用不同的耐火材料來對(duì)適應(yīng)。85000 噸回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火材料配置圖：窯頭窯尾00.6m1.6m25m35m45m73.2m 74m長(zhǎng)度：0.60m1.0m23.4m10m10m28.2m0.8m窯 口高耐磨磚國(guó)產(chǎn)直鎂磚國(guó)產(chǎn)尖晶石磚國(guó)產(chǎn)直鎂磚抗剝落磚高鋁澆注料澆注料1、莫來石質(zhì)澆注料用量： 15 噸技術(shù)性能：見上（ RT70MC）使用部位： 0-0.6 米2、高耐磨磚用量：8噸技術(shù)性能：項(xiàng)目指標(biāo)AL2O3（%）50SiC+SiO

15、2（%）45顯氣孔率（ %）不大于2021常溫耐壓強(qiáng)度（ MPa）不小于8590抗折強(qiáng)度（ MPa）不小于1820耐火度（）不小于1790荷重軟化溫度（）1550熱震穩(wěn)定性 1000 至水冷次數(shù)1012導(dǎo)熱系數(shù)（ w/m k），300 250.5 0.58體積密度（ g/cm3）不大于2.5 2.6使用部位： 0.6-1.6-米3、直接結(jié)合鎂鉻磚用量： 340 噸技術(shù)性能：9材質(zhì)型號(hào)性能DMC-9AMgO（%）不低于70SiO2(%)不大于2.8Cr2 03（%）不低于9常溫耐壓強(qiáng)度（ MPa）不小于45荷重軟化溫度 T0.6 （） 不小于1650熱震穩(wěn)定性， 1100水冷次數(shù)不小于5熱膨脹率

16、（ %） 1000 典型值1.2顯氣孔率（ %）不大于19體積密度（ kg/cm3）2.98使用部位： 1.6-25-米/35-45 米4、尖晶石磚用量： 99 噸技術(shù)性能：性能材質(zhì)型號(hào)MLJ85AMgO（%）不低于85-87SiO 2(%)不大于Cr203（%）-AI 2O310-13常溫耐壓強(qiáng)度（ MPa）不小于55荷重軟化溫度 T （） 不小于17000.6熱震穩(wěn)定性， 1100水冷次數(shù)不小于20熱膨脹率（ %） 1000 典型值1.35顯氣孔率（ %）不大于19體積密度（ kg/cm3）不小于3.05使用部位： 25-35 米5、抗剝落磚用量： 242 噸技術(shù)性能：10指標(biāo)項(xiàng)目5000

17、 噸以下AL2O3（%）不小于70ZrO2(%)不低于8耐火度（）不低于1780020Mpa荷重軟化溫度（） T0.6不小于1470高溫抗折強(qiáng)度（ MPa）不小于12常溫耐壓強(qiáng)度（ MPa）不小于45熱震穩(wěn)定性， 1100水冷次數(shù)不小于20顯氣孔率（ %）不大于25體積密度 (kg/m 3)不低于2500導(dǎo)熱系數(shù) (w/m.k) 10001.4熱膨脹率 (%)10000.7使用部位： 45-73.2 米6、高鋁澆注料用量： 8.5 噸技術(shù)性能：見上使用部位： 73.2-74 米六）冷卻機(jī)冷卻機(jī)是使出窯高溫熟料從 1400冷卻到 80以下風(fēng)冷設(shè)備，因此前后溫差較大， 極易損壞的部份集中在一段前墻

18、和矮墻， 同時(shí)與窯頭接口懸梁部分由于受高溫氣體沖刷，也容易提早損壞。篦式冷卻機(jī)同于覆蓋耐火材料的殼體均是靜止的， 因此可以采用在外層增加強(qiáng)度不高， 但導(dǎo)熱系統(tǒng)很低的保溫材料。 冷卻機(jī)的內(nèi)表面要承受 300-1450 的高溫熟料接觸摩帶來的熱侵蝕和高溫磨琢，所選耐火材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐磨性能。 同時(shí)一段冷卻機(jī)還要承受熱負(fù)荷較高的性能要求。由于篦冷機(jī)有大面積的直墻， 因此在采用耐火磚砌筑時(shí)， 必須考慮采用特型的錨固耐， 強(qiáng)化耐火磚與殼體的過接， 以防止直墻的坍塌。11現(xiàn)較多采用耐火澆注料。1、高強(qiáng)耐堿澆注料用量： 20 噸技術(shù)性能：見上（ RT13NL）使用部位：三段及頂部2、高鋁質(zhì)澆注料用量： 1

19、06 噸技術(shù)性能：見上（ RT16）使用部位：二、三段側(cè)墻及矮墻3、高熱高鋁質(zhì)澆注料用量： 183 噸技術(shù)性能：產(chǎn)品牌號(hào)RT-16TAl 2O3 % 75SiO2% 15體積密度（ g/cm3）11024h2.65常溫耐壓強(qiáng)度110 24h 100/ Mpa1100 3h 110常溫抗折強(qiáng)度110 24h 10/ Mpa1100 3h 12線變化率（ %）11003h0.4施工方式振動(dòng)使用部位：冷卻機(jī)前墻及一段矮墻三、目前配置存在的某些缺陷分析與改進(jìn)方案一）、預(yù)熱器系統(tǒng)方面1、煙室及分解爐縮口結(jié)皮嚴(yán)重，影響通風(fēng)。產(chǎn)生的原因：設(shè)計(jì)日產(chǎn)5000 噸生產(chǎn)線，一般實(shí)際生產(chǎn)都在550012噸，超負(fù)荷 1

20、0%以上，使窯熱負(fù)荷增加，窯尾結(jié)皮的可能性增大；另一個(gè)方面無煙煤、 劣質(zhì)煤用量增大其燃燒效果不是很理想，產(chǎn)生不完全燃燒的可能性增加，結(jié)皮的產(chǎn)生速率加大?？傊僮魃稀⑷荚牧仙隙喾矫嬖蚨伎赡芤鸾Y(jié)皮，嚴(yán)重時(shí)造成回轉(zhuǎn)窯無法運(yùn)行下去。改進(jìn)方案：在實(shí)際生產(chǎn)中， 窯尾結(jié)皮不僅在窯尾煙室部分，有時(shí)會(huì)發(fā)展到分解爐縮口、五級(jí)筒下料溜子。為此建議增加抗結(jié)皮澆注料的使用范圍，如五級(jí)筒下料溜子以下部分全部使用抗結(jié)皮澆注料，2、旋風(fēng)筒及分解爐頂部澆注料易跨落，存在生產(chǎn)安全隱患產(chǎn)生的原因：鉚固件及焊接質(zhì)量差、設(shè)計(jì)上存在缺陷、冷卻太快等都有可造成頂部澆注料脫落，不少生產(chǎn)線都付出生命的代價(jià)。改進(jìn)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)缺陷， 取消硅酸鈣板夾存，全部使用輕質(zhì)澆注料；使用陶瓷鉚固件；使用鉚固掛磚等。3、窯尾舌頭易損壞產(chǎn)生的原因： 由于受到高溫物料的沖刷及窯尾煙氣的腐蝕， 窯尾舌頭下的鋼板易損壞，窯尾舌頭隨之損壞，對(duì)窯工況影響極大。改進(jìn)方案采用預(yù)制構(gòu)件，取消底部鋼板延長(zhǎng)使用壽命。4、小面積維修費(fèi)工費(fèi)時(shí)產(chǎn)生的原因： 新窯運(yùn)行兩年后， 預(yù)熱器系統(tǒng)部分耐火材料會(huì)局部損壞，由于預(yù)熱器內(nèi)中空，施工時(shí)要撻架子，影響檢修時(shí)間。改進(jìn)方案采用噴涂料施工，可以節(jié)時(shí)節(jié)用，應(yīng)大力推廣。二）、回轉(zhuǎn)