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唐山5種行業回轉窯用耐火材料

回轉窯,俗稱旋窯,為鋼制圓筒,內襯是耐火材料。以旋轉的方式進行生產,在建材、冶金、化工、環保等行業,對物料進行煅燒。水泥工業應用回轉窯的數量最多,全國有幾千座,其次在黑色及有色冶金使用回轉窯的數量也不少,鐵、鋁、銅、鋅、錫、鎳、鎢、鉻等金屬用回轉窯對礦石及中間物進行煅燒,以及煅燒作為煉鋼熔劑的活性石灰和各種用途的白云石(可做轉爐煉鋼造渣劑、金屬鎂原料、耐火原料等)、煅燒鎂砂、鋁鎂尖晶石、鋁礬土、硬質黏土等耐火原料。還能煅燒稀土、陶粒、焚燒廢棄物等。煅燒物料不同,回轉窯的燒成溫度也不同,有的最高溫度達2000℃,有的還不到1000℃。


可是它們的工作原理相同,物料從窯尾進入,窯頭出料,按窯內溫度不同,分為窯尾,預熱帶,燒成帶(也稱煅燒帶),冷卻帶,窯頭(有的行業細分還有前過渡帶,后過渡帶)等段帶。各段帶選用的耐火材料不同,但耐火材料的損毀機理基本相同,即窯襯的耐火材料隨殼體一起轉動,受到窯體轉動產生的應力,以及受到高溫物料的滾動沖擊、摩擦、侵蝕等作用。由于物料種類不同,內襯的耐火材料也不同。


為了提高內襯的使用壽命,除了選擇合適的耐火材料,還要提高筑窯技術,以及對窯襯的維護,修補技術等。在諸多行業回轉窯中,本文選擇有代表性的水泥窯、白云石與石灰窯、球團窯、氧化鋅窯、廢棄物焚燒窯等做重點介紹。


各行業的回轉窯雖然煅燒的物料不同,但工作原理相同,因此內襯的耐火材料也有相同和不同之處,例如內襯都分帶選用不同品質的耐火材料,窯頭,窯尾都用高鋁質低水泥加鋼纖維澆注料等。不同行業選用不同耐火材料分述如下。


水泥窯


20世紀80年代初,水泥回轉窯用耐火材料技術基本定型。大體來說,大型SP和PC回轉窯的轉筒內,燒成帶用直接結合鎂鉻磚,分解帶用高鋁磚,筒后部用耐堿磚或普通黏土磚。20世紀末21世紀初出現硅莫磚,窯筒內除了燒成帶、前后窯口外,其余部位采用不同牌號的硅莫磚。當今水泥行業,新型干法窯是技術發展主流,燒成溫度在1450℃左右,窯內燃燒氣體溫度可達1700℃以上,甚至接近2000℃。


為了滿足第二代新型干法水泥技術要求,選用的耐火材料要具有節能降耗,綠色環保,長壽高效,安全穩定等多種功能。因此,燒成帶用鎂鐵鋁尖晶石磚代替鎂鉻磚(因易產生毒害人體的六價鉻),過渡帶用鎂鋁尖晶石磚,并試用三層(工作層,保溫層,隔熱層)結構的新型復合磚,其工作層為高強,耐磨,抗侵蝕的莫來石,隔熱層為含鋯氧化鋁纖維板,保溫層具有高強度,低導熱并作為骨架連接工作層與隔熱層,在窯37~47m處比硅莫磚的窯殼表皮溫度降低60℃,以及采用高性能膠泥,預制件等,使水泥大型回轉窯從一年一大修,向三年兩大修發展。


石灰、白云石窯


石灰與白云石二者化學成分和化學性質相近,煅燒溫度大體相同,有些企業在同一窯燒石灰與燒白云石輪換使用。其內襯用耐火材料大致有三種類型,一種是煅燒帶用鎂鋁尖晶石磚,過渡帶為高鋁磚,預熱帶為黏土磚,隔熱層為耐火纖維或輕質磚,這種形式的窯表面溫度300~350℃,內襯壽命1~2年;第二種煅燒帶是尖晶石質輕、重質復合磚,殼體表面溫度250℃以下,內襯壽命2~3年;第三種是采用預制塊與澆注料組成內襯,殼體表面溫度也是250℃以下,壽命也是2~3年。


寶鋼在煅燒帶的16.1~19.55m用紅柱石磚代替尖晶石復合磚,窯殼表面溫度降低,窯體重量減輕,掛窯皮性能也好,使用2年后清除窯皮,紅柱石磚保存完好,復合尖晶石磚剝落嚴重。因為紅柱石比尖晶石真密度小,若將煅燒帶全部用紅柱石磚,窯體重量可減少35t,殼體溫度可降低100℃。入料口及窯頭、窯尾部位受塊狀物料的沖擊和磨損,易發生破損和剝落,是使用壽命最短的部位。武鋼使用耐磨耐堿澆注料,無修補使用36個月以上。該澆注料采用均化礬土熟料骨料,碳化硅1~0mm和細粉,SiO2,Al2O3微粉,超低水泥結合。


煅燒帶用磷酸鹽結合不燒復合磚,重質部分采用均化礬土熟料為主要骨料,加入4%紅柱石為膨脹劑,并提高抗熱震性,保溫層以氧化鋁空心球與膨脹珍珠巖2∶1配料,一體成型。


采用復合磚及均質磚搭配隔熱磚的二種磚形的內襯結構,使用壽命3年以上,窯殼過熱問題也得到解決。


鞍鋼在煅燒帶于1992年由鎂鉻磚改為鎂鋁尖晶石磚,后來又改為復合磷酸鹽磚,雙層結構改為復合結構,由干法砌筑改為濕法砌筑,由依次排列砌筑改為錯位砌筑,后來又改為預制塊與澆注料復合砌筑,預制塊和澆注料自身內嵌有金屬錨固件,直接固結在鋼殼上,預制塊與澆注料內嵌有一層隔熱材料,窯外殼由320℃降低到222℃,進一步改進在筒體內增加一層NJS納米級微孔隔熱氈,使殼體由220℃降到176℃。


球團窯(鏈篦機-回轉窯)


近年來得到快速發展,球團的總生產能力每年達6000萬t以上,回轉窯的窯頭溫度1150~1180℃,窯尾1050~1080℃。環冷機受料區溫度達1100~1300℃。選擇耐火材料必須根據不同部位的使用條件,鏈篦機主要有耐磨高鋁澆注料,輕質莫來石澆注料,有些澆注料中使用錨固磚?;剞D窯一般用帶錨固件的高鋁莫來石預制磚和同材質的澆注料相間隔混合砌筑。環冷機一冷段的吊掛磚由不燒磷酸鹽磚改為燒成高鋁磚,爐頂改為低水泥澆注料,使用壽命由幾個月延長到2年。


氧化鋅窯


回轉窯是火法生產氧化鋅的主要設備,在爐料中配入焦粉等還原劑,利用鋅金屬易揮發的性質,金屬鋅蒸汽進入煙氣,遇到高溫條件下的氧氣產生氧化鋅。鋼鐵生產產生大量除塵灰,其中含有鋅。隨著鋼鐵發展,氧化鋅回轉窯也得到發展。某廠回轉窯的干燥預熱帶用黏土磚,而影響使用壽命的反應帶至冷卻帶。


山東某廠采用鋁礬土熟料,電熔鎂砂,合成鎂鋁尖晶石,SiO2,Al2O3微粉配料,純鋁酸鈣水泥結合,加減水劑和防爆纖維的澆注料及預制磚,用錨固件固定,在氧化鋅回轉窯高溫帶使用效果良好。這樣就給生產復合制品,獲得了有利條件。


氧化鋁及其它用途的回轉窯


氧化鋁窯燒成帶料溫度1050~1300℃,試用過高鋁磚,鎂磚均不理想,而用抗剝落高鋁磚掛窯皮,使用效果比較好。


燒石油焦窯,過去是澆注內襯,施工期長,收縮大,壽命短。改用帶錨固釘的預制復合磚和澆注料綜合砌筑,效果較好。


燒廢棄物窯,雖然使用溫度在800~1200℃左右,但由于廢棄物成分復雜,對耐火材料侵蝕比較嚴重,有人選擇高溫帶砌筑鉻剛玉磚。也有人采用黏土磚與鋯鉻剛玉磚雙層復合。


紅土鎳礦窯,回轉窯直接還原生產鎳鐵工藝,其內襯對耐火材料要求高,使用微孔鎂鋁鋯磚1年,磚體磨損僅10%左右。

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