試論大型水泥回轉窯環保節能耐火材料的配置技術

張元剛 郝明 徐融容

摘要：對大型水泥回轉窯的耐火材料影響進行分析之后可以發現，特定部位的耐火材料需要受到多種因素的影響產生破損或者掉落情況，這對大型水泥回轉窯的安全生產帶來較大影響。在對生產過程中耐火材料的相關性能要求進行了解之后，探討易損壞部位對耐火材料的相關要求，并對環保耐火材料的配置技術進行研究。

關鍵詞：耐火材料；保護；大型水泥回轉窯

在環境問題不斷加重的形勢下，我國提出節能減排的政策要求，對社會各類生產活動給出明確指示，要求相關企業在生產過程中嚴格控制有害氣體或者液體的排放量，盡量減少資源浪費。鑒于以上內容，相關企業展開對水泥回轉窯生產使用環保節能耐火材料的研究，在確保使用性能的前提下，盡量選用環保材料。在生產中優先選擇對環境影響相對較小的堿性材料，這種材料的應用不僅可以降低生產過程中的熱損失，還能避免產生大量的殘渣對環境造成污染。

一、大型回轉窯對耐火材料的使用壽命的影響作用

1、堿、硫和氯等揮發性組分侵蝕嚴重

在大型水泥回轉窯中的分解窯在生產過程中所產生的余熱會使堿、硫和氯等元素的組分進行反復揮發和凝結，在一段時間內會產生循環的富集，相關數據顯示，在余熱的作用下大型水泥回轉窯預熱器中的R2O與傳統水泥回轉窯相比相差5倍之多，而SO3也增加了不止3倍。與此同時，窯內的其他組分也會存在不同程度的增加，這種情況下，會使預熱器、分解爐和上下煙道中的粘土磚和普通高鋁磚等耐火材料的耐火性能受到一定影響，嚴重的還可能導致耐火材料受到侵蝕，最終導致開裂和脫落的現象，在實際生產活動中，我們將這種情況稱之為堿裂破壞。另外，硫和氯組分的增加，還會在耐火材料表層形成結皮，窯壁也會產生結皮，對回轉窯的穩定運行帶來一定影響。

2、燒成溫度的提高對耐火材料的破壞加劇

在大型預分解窯中所采用的加熱設備為多通道噴煤嘴和蓖式冷卻機，生產中的二次風溫度高達1300℃，而出窯的熟料溫度更是高達1300℃以上，與傳統的水泥回轉窯相比在溫度上的差異較為突出，傳統的水泥回轉窯出窯最高溫度為1100℃，而二次風的溫度為1100-1200℃。由于大型水泥回轉窯與傳統水泥回轉窯在生產溫度上存在較大的差異，如果還是使用原有的耐火材料，會在溫度大幅度提升的作用下受到嚴重侵蝕，最終導致耐火材料的使用壽命減少，為大型水泥回轉窯生產的經濟效益帶來一定影響。

3、窯筒轉速加快和斜度加大，增加了耐火材料的應力破壞

由于大型水泥回轉窯與傳統水泥回轉窯相比在生產方式上存在一定差異，表現最為突出的是轉速上的差異，傳統水泥回轉窯在生產中的轉速僅為大型水泥回轉窯生產轉速的三分之一，這就意味著耐火材料需要承受更大的機械應力，為耐火材料的使用性能帶來極大的考驗。另外，大型水泥回轉窯在結構上也發生一定的改變，對下料的斜坡傾斜度做出了相應的調整，在轉速和斜坡的工作作用下，使耐火材料必須承受更大的機械應力，嚴重加劇了生產過程對耐火材料的破壞力。此種情況下，就對耐火材料的穩定性能和抗震能力提出了全新的要求。

4、窯直徑加大，窯皮的穩定性差

大型水泥回轉窯在生產規模上具有一定的優勢，就2000t/d的窯來講，直徑可達4m，對4000t/d來講，直徑可達4.7m。另外，在窯轉速增快的作用下，產生的機械振動越來越大，這也加劇了窯內高溫區域窯皮脫落的情況。這種情況下就要求窯內高溫區域的耐火材料不僅需要具備耐高溫能力，還需要具備抗震穩定能力和粘結能力。

二、易損部位的環保耐火材料配置

1、前窯口

在大型水泥回轉窯窯襯中，前窯口的窯襯質量最為薄弱，在實際生產的過程中，窯口的襯料使用壽命對整個窯的使用壽命帶來一定影響。在實際生產的過程中，由于溫度過高或者機械產生的振動過大均會使引發窯口變形，最終導致窯襯料掉落。同時，窯口的襯料必須具備耐高溫、耐磨損以及應對物料堿蝕的能力，只有這樣才能保證整窯的全生命周期。在受到突發故障影響，緊急停窯的情況下，受到高溫和低溫的共同影響，窯口襯料將會承受更多的熱振影響，極易引發窯口襯料掉落的現象。相關資料表明，產生上述停窯問題的主要原因是窯內的耐火材料受到嚴重侵蝕，影響水泥回轉窯的正常運行。

要想達到提升窯口抗震能力和耐磨性能的目的，就需要在窯筒體還沒有發生變形的情況下，采用具有一定抗剝落性能的高鋁磚、尖晶石磚和鎂鉻磚對窯口就那些加固處理，避免變形情況的發生。在窯筒體已經產生變形的情況下，則需要采用澆筑的方式來鞏固窯口結構，充分利用抗熱震能力較強、抗沖擊性能和耐磨性能較好的澆筑材料，對窯口結構進行加固，進而達到提升窯口全生命周期和提升整窯使用壽命的目的。在澆筑之前，需要利用加固元件對窯口結構進行固定，適當添加剛玉質和高鋁質較強的纖維來提升澆筑的整體性，進而提升窯口的使用性能，保證窯口的使用壽命與大型窯的整體壽命相同。高鋁質的鋼纖維應用效果要明顯強于剛玉質鋼纖維，對提升窯口抗震能力具有較好的效果。除去材料影響之外，窯口的使用性能還與施工技術水平相關。

2、燒成帶與過渡帶

在大型窯生產的過程中，燒成帶因其功能性質決定了其需要長期處于高溫化學狀態下，正常生產狀態下，爐料的最高溫度可達1400-1500℃，生產過程中會產生大量熔融液體，此時的耐火材料將被原料包圍，在窯體轉動的作用下，會加據窯皮脫落的情況。大量的熔融狀水泥和熔融液體在滲入磚體內之后會產生大量剝落現象。此時，可以考慮采用高溫燒制而成的鎂鉻磚作為耐火材料，保證大型窯的生產性能。

過渡帶的情況也大致如此。尖晶石磚由于具有低的含鐵量、極佳的耐磨性及極低的堿滲透率，使用周期比直接結合鎂鉻磚延長一倍，可達一年左右，并且完全能和燒成帶的直接結合鎂鉻磚相配套，從而使得其在大型同轉窯過渡帶耐火材料中一直占據主導地位。鎂鋁尖晶石將逐步取代鎂鉻磚。

3、窯尾

傳統的同轉窯窯尾溫度一般小于1000℃，有的甚至700℃左右，窯尾一般小會結皮，而大型窯窯尾溫度高達1100℃左右。對于生料含堿高或者煤中硫含量高的窯，堿及硫、氯等組分反復的揮發、凝聚，使得組分與之生成2C2SCaCO3、2C2SCaSO4、2CaSO4K2SO4等結皮的特征礦物，粘附窯料形成結皮，影響操作。近年來，有的廠家采用鋼纖維增強高鋁質澆注料或高鋁質澆注料起到了一定的效果。

4、冷卻機頭

冷卻機頭處的耐火材料也是經常容易損壞的。在冷卻機頭，物料與二次空氣溫差較大，內襯反復交替接觸兩種小同溫度的物質，使溫度變化頻繁，易產生疲勞爆裂。對耐火材料總的要求是要有較好的熱震穩定性和較高的韌性。由于存在自由膨脹端，砌體在高溫狀態卜的整體穩固性要求也較為嚴格。因此，在選用耐火材料時，應考慮其理化指標氣孔率適中（節能和熱震），常溫耐壓強度較高（耐磨）、熱震穩定性良好及重燒線收縮小大的耐火材料。其砌筑工藝的選擇，應從強化砌體的穩固性考慮，合理選用中、高溫強度的耐火泥漿，保證其具有較高的粘接強度，不因局部掉磚而影響整體的使用壽命。

結語：大型水泥回轉窯在生產過程中存在一定的弊端，在耐火材料選用上缺乏一定的合理性，生產結構和生產條件發生改變的情況下，沒有對耐火材料做出相應的調整，致使一些部位的耐火材料由于無法承受過大的機械應力和熱震力而產生破損或者剝落的現象，對大型水泥回轉窯的安全運行帶來不同程度的影響。為此，我們有必要針對大型水泥回轉窯環保節能耐火材料的配置技術展開研究，保證大型水泥回轉窯的生產效益。

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