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15000t/d熟料线耐火材料配置与优化一、前言国际耐火材料正在向环境友好、适应性强、使用周期长等方向发展，中国近几年来在耐火材料生产数量和技术装备方面发展较快，如今中国耐火材料生产总量已居世界第一，技术装备水平少数厂家已接近世界先进水平，目前我国5000t/d以下熟料生产线窑用耐火材料已全部实现国产化配置，同时出口量每年呈上升趋势。但国内耐火材料生产厂家太多，产品质量规范化不够，需经过一定时间的市场整合后，才可能出现中国耐火行业品牌产品。安徽瑞泰新材料科技有限公司将凭借中国建材集团现有平台和中国建筑材料科学研究总院耐火所多年研究成果的积累，有志引领中国耐火材料技术发展，在充分发挥耐火浇注料创新能力的同时，以市场为先导，迅速做强做大，力争在未来三年内使公司发展为中国名列前茅的耐火材料企业。二、目前国内5000t/d水泥熟料生产线耐火衬料配置状况5000t/d水泥熟料生产线为目前国内最典型的主流生产线，其基本配置能代表国内耐火材料的技术水平。因此本文以5000t/d水泥熟料生产线为例。水泥烧成系统是由生料变为熟料的复杂的化学过程，它要经过预热器预热、分解炉分解、高温煅烧和冷却等阶段，每一过程的耐火材料都需要适应这种过程。一）、预热器系统该系统的工艺作用是利用窑尾废气将生料从常温在悬浮状态下逐步加热到750℃以上，再进入到分解炉系统进行分解。该系统所用耐火材料用量接近总用量的三分之二。其热工特点是21、60%的燃料与预热后的生料在分解炉充分混合状态下进行无焰燃烧，壁面及烟气温度一般控制温度在1000℃以内，其它旋风筒从第一级到第五级依次不高于450℃、650℃、750℃、900℃、1000℃、1100℃；2、因此预热器系统煅烧物料基本没有液相出现，较少结块与烧结，对耐火度要求不高，另外整个系统温度相对比较稳定，对耐火材料的热震性要求不高。3、同时预热器系统为静止设备，但设备体积较大，需选用导热系数较低的保温材料，以降低外壳温度。4、由于预热器系统形状较为复杂，如有锥体、旋风筒进出口变径等，还有较细的下料管和较多的测量孔等，这些地方使用现场成型的耐火浇注料比较方便。5、在碱含量较高的原、燃料条件下，预热器内耐火材料在经受高温侵蚀的同时，也要经得住碱金属氧化物的化学侵蚀。针对上述热工环境，大体上决定了各级预热器耐火材料的配置，应遵循如下原则：1、导热系数低，保温效果好，工作面层具有一定的强度和抗碱侵蚀性的耐火材料。2、对形状复杂和细管道较多的部分采用浇注料，对直筒和规则部位采用耐碱砖。3、根据各旋风筒温度不同和节约成本，分段设计不同材料。如对一、二级旋风筒可综合考虑耐火和保温，可选用粘土质耐碱耐火材料，而三级以下的预热器，则考虑使用温度能达1100℃以上的耐碱材料。34、对五级筒到烟室及分解炉以下部分耐火浇注料表面易结皮，应采用抗结皮浇注料。现将5000t/d生产线预热器选材与用量简介如下：1、RK-H高强耐碱砖用量：569吨性能：项目指标AL2O3（%）25～30Fe2O3（%）不大于2SiO2（%）65～70耐火度（℃）不低于16000﹒20Mpa荷重软化温度（℃）T4不小于1300常温耐压强度（MPa）不小于60显气孔率（%）不大于20体积密度（g/cm3）不低于2.20热膨胀率（%）不大于0.7导热系数（w/m.k）不大于1.28热震稳定性(次)1100℃--水冷不低于25使用部位：垂直上升烟道、旋风筒直筒及锥部2、高强耐碱浇注料用量：850吨性能要求：产品牌号RT-13NLAl2O3%≤48SiO2%≥50体积密度（g/cm3）110℃×24h≥2.20常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥701100℃×3h≥70常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥71100℃×3h≥7线变化率（%）1100℃×3h±0.4最高使用温度（℃）1300耐碱性一级4施工方式振动使用部位：预热器1-4级筒顶部、不规则部分等；3、高铝低水泥浇注料用量：200吨性能：产品牌号RT-16Al2O3%≥78SiO2%≤15体积密度（g/cm3）110℃×24h≥2.60常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥1001100℃×3h≥110常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥111100℃×3h≥12线变化率（%）1100℃×3h±0.3施工方式振动使用部位：分解炉、五级筒部分4、抗结皮浇注料用量：112吨性能：产品牌号RT-50SAl2O3%≤25SiC+SiO2%≥50体积密度（g/cm3）≥2.50常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥701100℃×3h≥80常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥81100℃×3h≥10线变化率（%）1100℃×3h±0.3施工方式振动使用部位：窑尾烟室部分55、硅酸钙板用量：156吨性能：项目指标HCS-20CaOSiO24447体积密度（kg/m3）≤200抗折强度（MPa）≥0.4导热系数（w/m.k）≤0.058最高使用温度（℃）＞1050重烧线变化≤2%的试验温度℃1050使用部位：所有耐火材料里衬二）、三次风管三次风管是利用窑头富氧高温气体引导至分解炉风管通道，在800-900℃温度气体中含有大量的熟料颗粒，对拐弯处对耐火材料冲刷磨损较严重。因此要考虑该系统的耐碱性和耐磨，故直筒部分采用高强耐碱砖加硅酸钙板，而不规则部分采用高耐磨浇注料加硅酸钙板。目前采用的三次风管有两种：平行风管和V型风管，平行风管是指与窑几乎平行的布置形式，V型风管是指风管呈V型，而在风管中部低端设置沉降室和放料闸阀。平行风管形式简单，外观简洁，投资少，但为了防止熟料颗粒在三次风管中的沉降，必须采用较高的操作风速，因此三次风管阻力较大。由于风速较高，耐火材料的抗磨损性能要求也高些。而V型风管形式繁杂些，投资大，还需从放料闸阀定期放灰，但V型风管可采用较低的操作风速，因而系统阻力低，故风速磨损小。6其用量和性能要求如下：1、RK-H高强耐碱砖用量：140吨性能：见上使用部位：风管直筒部分2、超高强耐磨浇注料用量：70吨性能：产品牌号RT-JP85Al2O3+SiC%≥85体积密度（g/cm3）110℃×24h≥3.00常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥1501100℃×3h≥120常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥151100℃×3h≥16线变化率（%）1100℃×3h±0.1耐磨性8施工方式振动使用部位：三次风管弯曲及闸门部分3、硅酸钙板用量：17吨性能：见上使用部位：所有耐火材料里衬三）窑头罩窑头罩是回转窑与冷却机联接部分，是入窑风和三次风入口处，风压极为不稳，在整个窑系统中极易产生正压的地方，同时气体温度从800-1300℃，温差较大，而且熟料颗粒的冲刷比较强烈，故顶部及入口处易损坏。因此在选材上要考虑热震稳定性和耐磨性。1、高铝质早强耐磨浇注料7用量：180吨技术性能：产品牌号RT-16TAl2O3%≥80SiO2%≤15体积密度（g/cm3）110℃×24h≥2.65常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥1001100℃×3h≥110常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥111100℃×3h≥12线变化率（%）1100℃×3h±0.3施工方式振动使用部位：圆形顶部2、硅酸钙板用量：7.2吨技术性能：见上使用部位：所有耐火材料里衬四）燃烧器由于燃浇器处于窑口与冷却机一段高温气体中，同时煤粉在燃烧器头部附近燃烧，受高温辐射和还原气氛的影响较大，同时煤燃烧时化学成份对影响较大，因此燃烧器头部板易损坏。因此耐火材料更强调其高耐火度和高耐磨性，更高的热震稳定性和抗剥落性能。1、莫来石质浇注料用量：5吨技术性能：产品牌号RT-70MCAl2O3+SiC%≥70体积密度（g/cm3）110℃×24h≥2.708常温耐压强度/Mpa110℃×24h≥1001100℃×3h≥100常温抗折强度/Mpa110℃×24h≥101100℃×3h≥12线变化率（%）1100℃×3h±0.3施工方式振动使用部位：燃烧器入窑头罩部分五）回转窑回转窑作为生料在高温状态下煅烧成熟料的回转筒体，其耐火材料使用周期往往决定了生产周期，是水泥厂耐火材料管理中重点和难点。经过预热和90%左右分解的生料从窑尾进入窑内后，其温度逐步升高，直至1450℃以上，完成从生料煅烧成熟料而进入冷却机。74米的回转窑大体可分为五个热工阶段，由于回转窑内耐火材料必须固定在不断旋转的筒体上，基于以下因素，窑内耐火砖的强度不能低于一定值：1、耐火砖与壳体之间有一定程度的滑动或滑动趋势，会产生一定的摩擦，耐火砖必须有一定强度来抵抗因摩擦带来的损害；2、回转窑从轴向看，不是绝对的刚性体，由于回转窑筒体在支撑点之间存在一定挠度，在回转窑在运转时，出现与旋转同步的周期性弯曲，由于三组托轮的回转窑采用了非静定结构，当各个托轮组因温度差异产生不同的膨胀量时，使窑筒体的同轴度出现偏差，而产生较大的附加载荷；同时由于窑筒体有4%的侵斜度，筒体在旋转时也会产生一定的向下应力。3、筒体在径向上看，也不是个理想的圆周，而是一个近似椭圆形。而且在轮带部位变形最大，筒体的变形将使耐火砖承担附加的挤压。由于回转窑的自重和旋转，使回转窑产生周期性与旋转同步的椭圆化，将使耐火砖承受的交变负荷。这种变形或椭圆达到一定数值时，会超过耐火砖内应力，使砖提前损坏。因此，在回转窑上不能使用强度过低的耐火材料，必须有基础的强度要求。4、窑内耐火材料除了承受以上机械的应力外，还要受到高温气体和液相熟料的作用，大至可分五、六个工作带，需采用不同的耐火材料来对适应。95000吨回转窑内耐火材料配置图：窑头窑尾00.6m1.6m25m35m45m73.2m74m长度：0.60m1.0m23.4m10m10m28.2m0.8m窑口高耐磨砖国产直镁砖国产尖晶石砖国产直镁砖抗剥落砖高铝浇注料浇注料1、莫来石质浇注料用量：15吨技术性能：见上（RT—70MC）使用部位：0-0.6米2、高耐磨砖用量：8吨技术性能：项目指标AL2O3（%）50SiC+SiO2（%）45显气孔率（%）不大于20～21常温耐压强度（MPa）不小于85～90抗折强度（MPa）不小于18～20耐火度（℃）不小于1790荷重软化温度（℃）1550热震稳定性1000℃至水冷次数10～12导热系数（w/m．k），300±25℃0.5～0.58体积密度（g/cm3）不大于2.5～2.6使用部位：0.6-1.6-米3、直接结合镁铬砖用量：340吨技术性能：10性能材质型号DMC-9AMgO（%）不低于70SiO2(%)不大于2.8Cr203（%）不低于9常温耐压强度（MPa）不小于45荷重软化温度T0.6（℃）不小于1650热震稳定性，1100℃～水冷次数不小于5热膨胀率（%）1000℃典型值1.2显气孔率（%）不大于19体积密度（kg/cm3）2.98使用部位：1.6-25-米/35-45米4、尖晶石砖用量：99吨技术性能：性能材质型号MLJ85AMgO（%）不低于85-87SiO2(%)不大于Cr203（%）--AI2O310-13常温耐压强度（MPa）不小于55荷重软化温度T0.6（℃）不小于1700热震稳定性，1100℃～水冷次数不小于20热膨胀率（%）1000℃典型值1.35显气孔率（%）不大于19体积密度（kg/cm3）不小于3.05使用部位：25-35米5、抗剥落砖用量：242吨技术性能：11指标项目5000吨以下AL2O3（%）不小于70ZrO2(%)不低于8耐火度（℃）不低于17800﹒20Mpa荷重软化温度（℃）T0.6不小于1470高温抗折强度（MPa）不小于12常温耐压强度（MPa）不小于45热震稳定性，1100℃～水冷次数不小于20显气孔率（%）不大于25体积密度(kg/m3)不低于2500导热系数(w/m.k)1000℃1.4热膨胀率(%)1000℃≤0.7使用部位：45-73.2米6、高铝浇注料用量：8.5吨技术性能：见上使用部位：73.2-74米六）冷却机冷却机是使出窑高温熟料从1400℃冷却到80℃以下风冷设备，因此前后