麦尔兹石灰窑用镁质耐火材料

摘要：介绍了麦尔兹石灰窑的运行原理、各部位的工作环境以及对镬质耐火材料的性能要求。强调了合理优化麦尔兹窑用耐火材料配置的必要性，简述了麦尔兹窑用耐火材料在设计、生产以及使用过程中出现的主要问题及解决措施。

关键词：麦尔兹石灰窑；镁质耐火材料；抗水化

石灰是冶金工业的重要辅料，而活性石灰比普通石灰具有更突出的优点：吹氧时间缩短10％，钢水收得率提高1％，石灰消耗节省20％~30％，废钢用量可增加2.5％，萤石消耗节省25％~30％，大幅度提高钢水脱S、P的效果等[1]。因此，国内近年来大量建设并应用活性石灰窑，特别是麦尔兹窑，以其独特的技术优势占有了很大的市场。据不完全统计，国内现有麦尔兹窑50多座。随着煅烧技术的进步，对其使用的镁质耐火材料也提出了更高的要求，即不仅要保证窑炉运转的连续性，而且还要保证窑炉的高寿命。

1典型麦尔兹窑工作原理

图1是麦尔兹窑工作示意图。如图1所示，在并流蓄热式石灰窑中，存在2个窑筒，分别称为燃烧筒和非燃烧筒。两个窑筒交替或同时进料(取决于窑的产量)，石灰连续地从两个窑筒底部卸出。在燃烧筒内，燃料通过垂直深人预热区底部的多根燃烧喷枪引入，均匀分布于窑筒的横截面。助燃空气与燃料混合前被换热器(预热区)预热，在一定压力下进人到预热区顶部，即原料层上方。火焰通过燃烧区直接与石料接触进行煅烧，烟气则通过连接通道从燃烧筒进入到非燃烧筒，以相反的方向流动到石料处对其预热并轻微煅烧。一个窑筒从燃烧模式到非燃烧模式的循环大约间隔12min，从燃烧到非燃烧的转换称为“换向期”。产品则在整个燃烧循环期间连续不断地从两个窑筒内通过卸料平台下到压力料仓。冷却空气不断地从两个窑筒底部引入，从而降低石灰温度。在换向期，当窑体卸压后，石灰就从储料仓中卸到振动给料器和传输皮带上。[2]

2麦尔兹窑各部位耐火材料的选择

麦尔兹窑内衬用耐火材料的选择不仅关系到窑炉是否能长期连续地正常运行，而且还直接影响到产品的产量、质量和成本。因此，必须充分了解窑内各部位的工作环境，根据使用环境选择耐火材料。

入料口温度不高，主要承受机械磨损，所以选用强度大的耐火材料。

煅烧带主要承受机械磨损、化学侵蚀和高温热震。在燃烧模式的窑筒内承受高温、化学侵蚀和机械磨损，在非燃烧模式窑筒内承受温度变化和机械磨损。另外，在开窑初期以及煅烧过程中，砌窑带人的水分和燃料燃烧后产生的水分，又会在煅烧带冷却聚集，并流淌下来，易导致耐火材料的水化。所以选用抗侵蚀、耐磨损和不易水化的耐火材料。

出料口温度比较低，主要承受石灰磨损以及承受上面大量耐火材料的重量，所以选用强度大的耐火材料。

3麦尔兹窑用镁质耐火材料

3．1麦尔兹窑对镁质耐火材料的性能要求

镁质耐火材料在麦尔兹窑内部主要用于窑内工作环境比较恶劣的煅烧带部位，镁质耐火材料性能的好坏直接影响麦尔兹窑的使用寿命。因此，镁质耐火材料选材对整个窑炉来说具有非常重要的意义。麦尔兹窑用镁质耐火材料的主要要求：1)耐高温；2)长期高温下体积稳定性好；3)加热永久收缩小；4)机械强度高，具有良好的耐磨性能；5)结构致密，气孔率低，耐化学侵蚀性好；6)抗热震性好。麦尔兹窑设计炉龄寿命一般为5年，耐火材料的合理选择及配置能够延长炉龄。如国内某钢铁集团石灰厂1号300t麦尔兹窑生产活性度为350mL高活性石灰，煅烧带工作衬使用某公司镁砖和镁尖晶石锆砖，寿命达7年；2号300t麦尔兹窑寿命也达7年，且仍在继续使用。

3．2麦尔兹窑用镁质耐火材料的设计

目前，国内麦尔兹窑煅烧带部分设计大体上分为两种：一种为悬挂钢结构，这种炉衬结构设计是最先进的炉衬设计模式，方便了耐火材料的生产和砌筑；另一种为支撑腿结构，这种炉衬的设计恰恰是最初国内引进麦尔兹窑内衬设计，也是国内石灰厂家应用最多的设计模式。支撑腿结构设计对耐火材料的要求复杂，可以用四个字来进行概括“多、少、大、杂”，即砖型总量多，最多可达38种砖型；部分砖型砖量少，才十余块；砖型大，最大长度可达380mm；大部分砖型复杂，以特异型砖居多，给耐火材料的生产带来很多麻烦。所以，针对这种结构设计需要重新设计砖型，以减少工人的劳动强度和降低耐火材料的生产成本。

4问题及处理方法

4．1镁质耐火材料的水化及处理方法

在拆炉时发现煅烧带窑筒内部耐火材料损坏严重，部分砖发生了粉化。从损毁情况来看，主要是镁质耐火材料水化发生式(1)反应，导致体积膨胀，发生粉化[3]：

　　　　　　　　　　　MgO+H2O→Mg(OH)2。(1)

分析引起水化的主要原因：首先在窑炉的砌筑过程中，火泥、浇洼料带入水分；其次，燃料燃烧后产生的水分；最后石料存放在室外受雨水淋浇，以及石料水洗后未完全烘干而带人的大量水分。这些原因的存在使得开窑后，水分凝结在窑筒上部的墙壁上，并向下流淌，在高温下加剧了镁质耐火材料的水化。针对麦尔兹石灰窑用镁质耐火材料易水化的问题，本公司对其采取特殊的浸盐防水化处理，大大提高了镁质耐火材料的抗水化性能，同时也提高了其物理性能。

4．2碹砖的砖型设计

使用过程中碹拱砖外移，影响通道处的耐火材料使用寿命，从而直接影响到窑炉整体的炉役。如图2所示，箭头所指示的位置为碹砖向筒体方向外移，主要原因为石料长期的冲刷，支撑腿上部的部分碹砖向简体外移，导致碹砖脱落。为了防止这种情况出现。应把原来设计的没有相互卡位的组砖，改为带子母扣的组砖，防止个别碹砖在使用过程中外移或脱落，如图3所示。

4.3温度波动频繁

从碹砖使用后的情况来看，表面出现很多微裂纹，是温度波动较为频繁所致。由于麦尔兹窑在操作上需经常换向，导致温度波动频繁；另外，煤气燃料的供给情况不好以及设备检修等都会带来温度波动。所以，应使用抗热震性能较好的低铝尖晶石砖或镁锆砖。

4.4定期清理窑筒内结瘤物

麦尔兹窑燃料大致分为两种：一种为煤气；另一种为煤粉。使用煤气为燃料的麦尔兹窑窑筒内结瘤情况较少；以煤粉为燃料的窑筒内易形成结瘤，其厚度一般为20mm左右。原因是煤粉内含有大量的Si、Fe、A1、Ca、K、Na等元素以及矿石中的杂质，在高温下易形成低熔点的物质，在煅烧带和环形通道、碹砖部位形成结瘤。如果长时间不进行清理，会影响窑炉的正常运行，所以，以煤粉为燃料的麦尔兹窑炉内，要求定期进行结瘤清理。

5结语

通过更改碹砖砖型，对镁质耐火材料进行处理来提高其抗水化性能，选择抗热震性好的镁质耐火材料，以及定期清理维护等有效措施，改善了耐火材料的使用效果，从而延长了窑炉的使用寿命。普通石灰煅烧窑用耐火材料以高铝材质为主。

参考文献

[1]MichaelM．石灰竖窑中氧化镁质耐火材料的水化[J]．石灰，2008(2)：57—61．

[2]周宏，李文震．关于活性石灰生产工艺装备选择的探讨[J]．石灰，2006(4)：29—37．

[3]刘满春．瑞士麦尔兹公司在中国20年[C]／／2007年中国石灰工业技术交流与合作大会论文集，宜昌，中国，2007：17—40．