日产1000t活性石灰回转窑耐火材

1概述
　　在活性石灰回转窑生产系统中，预热器、回转窑和冷却器三大主机中的耐火材料，对设备的运行起着至关重要的作用。耐火材料的损坏直接影响整个生产系统的正常运行和设备寿命，因此对耐火材料的设计、选材，特别是大型活性石灰设备上耐火材料的设计优化，备受关注。继太钢3×1000t·d－1活性石灰生产线之后，4条全国产化的1000t·d－1大型石灰回转窑生产线，分别于2009年3月在江阴兴澄特钢，2011年5月在唐山港陆和2012年8月在常州中天相继投产，通过对上述4条生产线耐火材料的跟踪调研，对运行中出现的一些问题进行了深入的分析、改进，提出大型活性石灰回转窑耐火材料的优化设计。
　　2耐火材料的选材和设计方案
　　日产1000t活性石灰回转窑生产线耐火材料全国产化的设计和优化，是在分析总结美卓公司为太钢石灰回转窑耐材的设计、砌筑以及使用情况基础上进行的，其重点部位是预热器内部分仓隔墙、转运溜槽和回转窑内耐材，主要以浇注料和耐火砖为主。
　　2．1浇注料
　　浇注料主要用在形状复杂、不易砌耐火砖的部位，如预热器内部分仓隔墙、下部转运溜槽及回转窑的窑头窑尾缩口，对这些部位的浇注料，美卓公司有具体的材料指标。
　　2．1．1转运溜槽用浇注料
　　转运溜槽用于向回转窑内转送物料，外形呈漏斗状，耐材设计以浇注料为主，辅助砌筑耐火砖，此处主要受石灰石的冲击、磨损和高温气流冲刷及碱性物料浸蚀，要求选用热震稳定性好、抗冲击和耐磨性好的耐火材料。美卓公司选用60%Al2O3低水泥浇注料，其816℃的抗压强度＞90MPa，按此指标选材，在兴澄特钢使用效果不理想，所以在港陆选用以60%Al2O3为骨料，另加20%棕刚玉的高强浇注料，其816℃抗压强度＞110MPa，较好的解决了物料对耐材的冲刷、磨损，使用寿命有较大提高。
　　2．1．2窑头窑尾用浇注料
　　窑头窑尾浇注料是回转窑内较易损坏部位，窑头浇注料一要受高温气流的冲刷，二要承受高温物料磨损，三要承受频繁的温度变化，耐材的损毁形式以磨损、剥落为主;窑尾及预热器隔墙浇注料主要承受物料的冲击、磨损。所以窑头窑尾应选用抗热震性好、强度高的浇注料。美卓公司选用的是45%低水泥浇注料，从实际使用情况看，理化指标偏低，在兴澄回转窑上采用后，使用寿命短;所以港陆回转窑上经优化后采用钢纤维增强的高强耐磨浇注料，Al2O3＞75%，采用高档骨料、高纯铝微粉提高其强度，816℃抗压强度＞100MPa，使用寿命可达1年以上。
　　2．1．3回转窑预热带扬料预制块
　　回转窑预热带设置扬料预制块是美卓公司耐材设计的新颖技术。扬料预制块在预热带起翻料、扬料和推料作用，是回转窑中的关键耐材，它主要承受物料的磨损和碱性杂质的浸蚀，所以在选材上要考虑耐材的耐磨性及耐碱浸蚀性，按美卓公司要求指标，为70%Al2O3低水泥浇注料。选用Al2O3含量＞70%，816℃抗压强度约120MPa，为降低预制块在施工中的损坏率，要求预制块烘干耐压强度在
　　70MPa以上，严格控制施工中焊缝尺寸，实践证明使用情况良好。
　　2．2回转窑耐火砖
　　活性石灰回转窑分为预热带、过渡带和烧成带，回转窑内耐材应根据各带工况的不同进行设计和选材。窑内耐火砖主要经受物料磨损、高温气流冲刷、频繁温度波动的考验，另外筒体刚性不足引起的变形，也会引起耐火砖的断裂、粉化和掉砖。
　　2．2．1预热带耐火砖
　　预热带约占全窑的二分之一，美卓公司从煅烧工艺考虑在该段设置了两段行数和高度不同的扬料预制块，见图1，其作用如下:一是翻动物料使其受热均匀而提高预热效果，特别是采用小粒级石灰石或预分解粉化率高时效果更明显;二是提高物料在此带的推进速度，据计算，可使物料在窑内的停留时间缩短5～8min，在窑速相同的条件下，可增加产量，凸显了这种新颖砌砖技术的功效。但带来的问题是:预制块质量差会很快磨损而失去作用;固定不牢会引起相邻耐火砖而过早失效。对预热带耐火砖，兴澄特钢选用轻质粘土隔热砖+优质粘土砖传统的双层砌筑形式，其优点是能将窑体表面温度控制在180～200℃左右，有效地减少了散热损失。但由于轻质隔热砖强度低，使用不到半年就造成隔热砖损坏松动，导致优质粘土砖脱落失效。对港陆回转窑预热带耐火砖进行改进优化，全部采用高铝复合砖，复合砖是将重质工作层和轻质隔热层压制成一体，这样既能保证耐火砖有很好的强度和高温性能，又有很好的隔热性，使用寿命可达18个月以上，但窑体表面温度提高了约20～30℃，散热损失有所增加。
　　2．2．2过渡带耐火砖
　　过渡带与烧成带相邻，要求耐火砖具有良好的高温性能。兴澄特钢该段采用70高铝砖，使用情况良好，但高铝砖隔热性能较差，窑体表面温度达到约260℃;港陆过渡带优化改用高铝复合砖，不但窑体表面温度降低了30～50℃，使用寿命也有大幅提高。 　　2．2．3烧成带耐火砖
　　烧成带是整条回转窑运行的关键部位，此带温度最高，耐火砖所承受的温度及载荷呈循环变化，低熔点液态物料浸蚀严重。因此烧成带耐火砖必须具备高荷软、耐热震、耐磨损和耐碱性浸蚀等综合优良性能。由于镁铝尖晶石砖导热系数大，兴澄特钢烧成带采用镁铝尖晶石砖+粘土砖双层砌筑形式，双层砌砖对砌筑要求较高，砌筑不好会导致工作层产生扭曲变形而掉砖，另外镁铝尖晶石砖一般采用干砌，低温时砖没有膨胀到位，砖与砖之间贴合不紧容易掉砖，所以烘窑前期不宜频繁转窑，窑速也不能太快。因隔热层采用的是重质粘土砖，使窑体温度达到了300～320℃。港陆烧成带优化采用了特种磷酸盐复合砖，复合砖整体性强于双层砖，隔热效果也好，使窑体表面温度降低了约40℃，但磷酸盐复合砖工作层性能不及镁铝尖晶石砖，0．2MPa下荷软不到1500℃，高温下容易和物料中杂质生成低熔物而产生剥落，使用寿命约10个月。
　　3新式砌筑方案
　  针对江阴兴澄特钢1000t·d－1石灰回转窑耐材所存在的问题，对唐山港陆1000t·d－1石灰回转窑耐材进行了改进和优化，使各带耐火砖的使用寿命有所提高，预热带由6个月提高到约18个月，烧成带由6个月提高到10个月。但烧成带选用的磷酸盐复合砖工作层高温性能不够，荷软较低，使用寿命还是没能保证12个月以上。为此，2010年尝试在兴澄特钢回转窑上使用一种新型耐火材料砌筑方案，即采用预制砖+浇注料的砌筑形式，通过两年的跟踪观察，有很好的使用效果。 　　3．1新式砌筑方案的耐材选择和砌筑
　　根据兴澄特钢试验情况，对常州中天2×1000t·d－1石灰窑采用了浇注料+预制砖的砌筑形式:窑头窑尾缩口采用高铝－莫来石浇注料和预制砖交错整体砌筑;预热带、过渡带、烧成带采用1条预制砖和1条浇注料方式砌筑，即将回转窑筒体沿圆周方向等分为若干份，每1等份内砌筑1条预制砖和1条浇注料，剖视图见图2。其材料选择为:预热带和过渡带采用高铝－莫来石质预制砖和浇注料;烧成带采用刚玉－尖晶石质预制砖和浇注料。这两条石灰窑自2012年8月点火至今耐材还未进行更换，窑体表面温度也比较低，预热带为200℃左右，烧成带为240℃左右，达到了预期效果。江阴兴澄特钢自试用预制砖+浇注料该砌筑形式至今，预热带和过渡带已使用3年多，烧成带已使用2年多。
　　3．2新式砌筑方案的优点
　　1)砌筑施工简便。使用新式砌筑方案施工不需要任何模板即可锚焊砌筑及浇注。
　　2)窑体整体性好。预制块及浇注料有微膨胀性，同时预制块两侧设计有凹凸槽，对浇注料起到锚固作用，增强了砌体的整体性，减少砌体松动、变形开裂和掉砖等。
　　3)热震稳定性好。同材质的浇注料热震稳定性优于机压砖。
　　4)节能效果明显。由于在预制砖底部及浇注料施工前均铺设有隔热效果优良的耐火纤维毡，使窑皮温度大大降低。
　　5)预热带扬料块由预制砖代替，不会因固定不牢而影响相邻耐火砖失效，而且磨损后更换方便。
　　6)检修方便、安全。新式砌筑方案因预制砖直接焊在筒体上，出现局部脱落时只需用锚钉和浇注料进行修补即可，不会引起其他部位耐材的脱落，大大提高检修安全性。
　　结合以上分析可以看出，预制砖+浇注料的新式砌筑方案无论是使用寿命还是节能上都要优于其他的砌筑形式，3种砌筑形式使用效果比较见表1，虽然新式砌筑方案成本比传统的砌筑要高约25%左右，但从使用寿命长、节能效果好和维护简便等方面综合考虑，大中型石灰回转窑耐火材料应优先选择新式砌筑形式。
　　4结束语
　　通过对4条全国产化1000t·d－1活性石灰回转窑耐材的设计和选材分析，可以看出预制砖+浇注料的新式砌筑形式在常州中天钢铁和江阴兴澄特钢石灰窑上得到了成功应用。不但提高了耐材的使用寿命和设备运转率，同时有较好的节能效果，符合高效、节能原则，可以在大中型石灰回转窑上推广应用。