王家邦：回转窑用新型节能耐材开发与应用

　　9月15日，由中国水泥网主办，通达耐火特别协办的“2012第二届中国水泥耐火材料技术高峰论坛”在杭州圆满落幕。本次会议以“合理选用优质耐材 降低吨熟料材耗”为主题，就如何提高耐火材料使用寿命，提高窑炉运转率，降低吨熟料耐材消耗等内容作了深入的探讨和交流。会上，浙江大学材料系教授王家邦受邀参加会议并做了题为《回转窑用新型节能耐材开发与应用》的报告，内容整理如下：

　　一、节能耐材开发背景：国家节能减排的要求

　　1、2010年我国水泥产量为18.8亿吨，消费量为18.6亿吨，占世界水泥总产量的52%。2011年1-12月全国水泥累计产量20.63亿吨。

　　2、国家“十二五”节能减排综合性工作方案确定节能减排总体要求，其主要目标是：到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年的1.276吨标准煤下降32%；

　　3、在国家“十二五”规划纲要提出GDP能源消耗的约束性指标下，水泥工业成为了国家能否实现GDP能源消耗降低目标的关键行业之一，其中水泥工业能耗占4%左右。

　　4、围绕水泥生产和应用过程的各个环节开展节能减排基础研究，其中节能耐火材料就是关键技术之一，也是德班世界气候大会重点要求发展的关键节能技术之一。

　　二、耐火材料“十二五”规划发展方向

　　耐材协会认为“十二五”期间，耐材的科技发展将呈现新的特点，其基础是提高产品品质和应用水平，重点是增加或强化新的内涵，即节能环保和低碳。耐火材料科技发展的基本方向是以自主创新为基本出发点，走耐火材料设计和应用科学化，制作、应用精细化和绿色化，消耗减量化和资源节约化的一体化道路，推动研究开发再上新台阶。其中水泥工业用耐火材料的创新方向为无铬化和节能。

　　三、回转窑用砖现状

国内部分水泥厂回转窑耐火材料的配置情况

　　冶金、耐火材料、水泥、化学和其他工业部门广泛使用回转窑。在国内外，用于砌筑回转窑的耐火材料主要有硅酸铝、氧化铝、铝钙质、镁质、镁钙质、镁尖晶石和碳化硅组成的许多品种，每种耐火材料的使用，都取决于所煅烧材料的种类和窑炉的工艺带。

　　水泥回转窑常用耐火材料为高铝抗剥落砖、镁铝尖晶石砖、镁铁铝砖、镁铬砖和硅莫砖，各企业根据自己的生产经验优化。[Page]

　　四、回转窑用节能耐火材料研究方向

　　1、研究方向：

      ①开发可同时用于工作层和隔热层的耐火材料，

　　②是生产多层耐火材料，

　　③是设计新的的砌筑结构（把隔热层和工作层有机结合起来）

　　2、现有复合砖存在的问题：轻质隔热层耐温低，无法与工作层一起高温烧结，目前很多公司做的复合砖是不烧砖，高温烧结易在接口处断裂（收缩不一致造成），也有采用镁橄榄石来做镁铝尖晶石复合砖隔热层。

　　节能复合砖是集结构功能和隔热功能两者优点于一身的功能复合材料，是低碳经济时代高能耗行业急需发展的新型材料，产品主要应用在回转窑及各行业各种高温窑炉及冶金高温容器。节能复合砖在这种直接使用重质砖的回转窑上使用，可降低筒体温度，减少回转窑筒体热辐射损耗1.2～2.0%；降低回转窑整体重量25%以上；延长筒体使用寿命。节能复合砖的材料以及与之相应的先进制备工艺是当前新材料研究的一个重要方向。

　　五、已开发节能型多层复合砖（性能指标）

已开发节能型多层复合砖的性能指标

已开发节能型多层复合砖的专利

已开发节能型多层复合砖的专利

　　六、正在开发的节能型中密度砖

正在开发的节能型中密度砖指标[Page]

　　七、回转窑用节能耐材应用情况

　　（一）回转窑用节能耐材应用案例

　　1、中联德州大坝2500吨回转窑窑尾40~60米，直径4米*60米，使用寿命已超过2年

　　2、枣庄榴园水泥2500吨水泥窑分解炉，整体，寿命已超过2年（3~5年）

　　3、海螺水泥三次风管前5米，采用1450硅莫复合砖，2010 年后所有的新建水泥全部用复合砖，解决硅酸钙板变形和顶部容易塌陷现象。

　　4、石灰回转窑，整体，温降60℃，

　　5、氧化铝回转窑，整体 ，温降80℃

　　6、钛白粉回转窑，整体，温降60℃

　　7、陶粒回转窑，整体，温降55℃

　　8、正在节能耐材打造节能型水泥回转窑一条，到时请大家一起见证。

　　（二）复合砖在钛白粉回转窑的应用

复合砖在钛白粉回转窑的应用

　　（三）石灰回转窑节能砖应用

复合砖在石灰回转窑的应用（主要技术指标）

石灰回转窑用高铝砖隔热性能

　　上述表格数据为在大规格加热炉炉口放3块不同密度的复合砖和一块致密砖，块与块之间密封，测其在不同温度下长时间保温之后的表面温度，结果如左表所示。温度越高，温差越大。

石灰回转窑节能砖应用实测对比数据

镁铝尖晶石复合砖在石灰窑中的破损特征

高铝复合砖在石灰窑中的破损特征

　　1.使用成本与节能

　　使用成本：总价提高了8%，随着使用量的增加，生产效率的提高，产品合格率提高之后，复合砖生产成本会有一个较大幅度的降低，与原有致密砖基本相当。

　　2.窑炉整体减重和节电情况：比较筒体减轻（439.6-316.7）/439.6=27.9%，可节约电耗在10%以上。

　　3.能耗节能情况：按节约能耗5%计算，其中镁铝尖晶石运行时间按1年计，高铝复合砖运行时间按2年计；日产500吨石灰回转窑2年内可节约煤3280吨，而实际消耗耐火材料为311万元，节约的煤的价值与节能复合砖价值相当。[Page]

　　八、新型节能砖在水泥回转窑应用分析

表面温度对比

日产5000吨（Φ4.8m×72m）水泥回转窑内衬结构改造结果对比表

　　经过理论分析，结果表明5000t/d（Φ4.8m×72m）回转窑在烧成带、上过渡带、下过渡带以及预热带采用相应材质的节能复合砖进行替代后，每年能够节约标准煤2200吨，节能效率为1.2%，减少二氧化碳排放5800吨，减少二氧化硫排放19吨，减少氮氧化物排放17吨，能够起到明显的节能减排效果。此外，窑体外表温度的降低和内衬减轻有利于减少筒体变形，延长回转窑和相关设备整体寿命。采用节能复合砖有利于企业完成国家节能减排要求指标，减少停窑造成的经济损失。