节能降耗、加强新一代长寿命水泥窑口浇注料的推广和应用

前  言

　　从上世纪九十年代开始，我国的干法水泥技术得到了快速的发展，一些大型的水泥预分解水泥窑（2500t/d、5000t/d、8000 t/d等）相继建成投产，据不完全统计到2005年底，建成投产的干法水泥生产线将达到600多条。但从我国的水泥产量的结构来看，新型干法水泥比例还很小，仍有较大的发展潜力。

　　一、大型预分解水泥窑的运行工作特点及对耐火浇注料提出的新要求
　　预分解水泥窑自20世纪70年代出现以来，技术上不断发展和完善，随着熟料日生产规模的不断扩大，其设备运行工作条件出现新的特点，对耐火浇注料提出了更高的要求，主要体现在以下几方面：
　　（一）窑温的提高对耐火浇注料的破坏加剧
　　预分解水泥窑生产操作中配料率值控制较高，因此熟料的煅烧温度也较高，如：入窑二次风温超过1200℃，燃烧器火焰温度超过2000℃，熟料的煅烧温度也超过了1430℃，目前，前窑口部位普遍结窑皮，因此，传统的耐火浇注料很难再满足生产周期的需要。
　　（二）碱、氯、硫等挥发性组分对耐火浇注料的侵蚀加剧
　　低品位石灰石等生产原料的采用、无烟煤、劣质煤以及固体废弃物的煅烧，造成窑系统内各部位的挥发性组分碱、氯、硫等成分明显增加，它们的循环、富集对各部位的耐火浇注料的侵蚀也更突出，在一定程度上影响了浇注料的使用周期。
　　（三）窑径的加大、窑速的提高增加了周期性机械应力和热应力破坏
　　目前，预分解窑的转速位3~4r·min-1，窑径加大（2500t/d窑径为4m，5000t/d窑径为4.8m，10000t/d窑径为6m），窑速提高，对耐火材料的机械应力和热应力加剧。

　　综上所述，随着水泥窑型的加大，运行工况出现了新特点，从国内水泥窑用耐火浇注料的整体配套来看，窑口用耐火浇注料仍是“瓶颈部位”，在不同程度上影响着回转窑的运转率。下图是某厂窑口浇注料在使用4个月后的残衬图1：

图1 窑口浇注料残衬图
　　因此，开发新一代大型水泥窑用耐火浇注料，满足大型化水泥窑的运转工况特点，延长其使用周期，达到和回转窑内衬砖使用周期保持同步，就显的尤为突出。

　　二、国内大型干法水泥窑口用耐火浇注料的使用现状
　　（一）选用的材质
　　中国的水泥窑口用浇注料经历了一个从单一选用刚玉质低水泥浇注料、高铝矾土质低水泥浇注料拓展到包括莫来石质、尖晶石质等更多材质的浇注料的过程。

　　（二）使用周期
　　从其使用周期来看，其使用寿命大多在4~7个月，部分厂家的使用寿命达到了8个月以上，但使用不稳定。而窑内衬砖的使用周期一般在10个月以上，部分水泥生产厂家可稳定在12个月。这样就造成窑口浇注料和窑内衬砖使用运转周期不匹配的现象，因此，国内大型的水泥生产厂家耐火材料维修周期一般是一年两修、两年三修。
　　（三）损毁现象
　　通过调查发现，窑口浇注料的损坏主要表现在以下几方面：
　　1.浇注料出现剥落、掉块现象。
　　2.由于碱侵蚀严重，导致浇注料结构破坏，造成局部脱落。

　　三、新一代长寿命窑口浇注料技术提升的几个方面
　　针对水泥窑口用耐火浇注料在使用过程中暴漏出的一些问题，通过剖析其损坏机理，主要从以下几方面来提升新一代窑口浇注料的综合技术性能：
　　（一）抗碱侵蚀性能
　　为提高新一代窑口浇注料抗碱侵蚀性能，添加了一定量的非氧化物。由于非氧化物微粉在高温下（超过1200℃）氧化后发生化学反应在衬里表面形成一层致密、高粘度的液相层，这层保护膜的生大幅度提高了产品的抗碱侵蚀性能。其抗碱性能对比情况见图2。

　　通过检测可以看出，前者产品的烧后裂纹最大达6mm，无耐碱性；后者（优化后）烧后表面无可见裂纹，耐碱等级均达到一级水平。
　　（二）热震稳定性能
　　为提高产品的热震稳定性能，提高其抗骤冷骤热能力，主要从采取了以下几个措施：
　　1.使用复合骨料
　　由于不同材质的骨料具有不同的热膨胀系数，使用复合骨料有助于衬里在高温使用状况下形成均匀分布的微裂纹,可以缓冲温度变化下形成的热应力和机械应力冲击，可以在一定程度上提高产品的热稳定。三种新产品所用的主材质见下表：

　　它的加入可以抵消高温下由于发生化学反应导致部分体积收缩，在高温下也可能形成均匀分布的微裂纹，吸收部分断裂能，阻止裂纹的扩展，起到缓冲热应力，起到提高试样的热稳定性的作用。
通过综合采取两方面的措施，新一代窑口浇注料的热震水冷次数均达到了45次以上，解决了窑口浇注料普遍存在的抗剥落性能差的问题。
　　（三）抗水泥熟料液相侵蚀性能
　　通过调整超微粉的配比，优化产品的基质组成等技术手段，提高了产品的抗水泥熟料液相的侵蚀和渗透性能。侵蚀情况见图3。

　　通过分析可以看出在煅烧12h后，水泥熟料液相对产品的熔蚀和渗透层较薄，说明该产品的抗熟料的侵蚀性能较好。
综上所述，通过综合提升新一代窑口浇注料的技术性能，突破了窑口浇注料在使用过程中由于抗剥落性能差、耐碱侵蚀性能差等原因造成的掉块、脱落的难题，最终达到提高产品使用寿命的目的。

　　四、新一代窑口浇注料的应用
　　新一代窑口浇注料开发成功后， 04~05年在多条2500t/d、5000t/d上投入使用，其中改进型板状刚玉浇注料GC-18在海螺集团中国水泥有限公司3#线5000t/d使用周期达到了18个月，其残衬的整体性能较好，在燃烧器上使用周期也达到了12个月，和国内的其它耐火浇注料相比，具有明显的优势，其使用15个月后的残衬见图4：

　　通过图4.可以看出，残衬的整体性能较好，经测量残衬的厚度仍有180mm，在护铁端面有约500mm宽的部位浇注料有脱落，但不影响使用，由于整体情况较好，该厂一直使用到现在（2006年8月），使用周期达到了18个月以上，取得了良好的使用效果。窑口专用浇注料G-17K经过在多家大型的水泥窑上使用，也取得了不错的使用效果，其在烟台东源水泥公司、怀宁海螺水泥有限公司其使用寿命达到了10个月以上，基本上达到了和窑内耐火砖使用、维修保持同步的目的，得到用户的认可。

　　五、节能降耗，加强新一代水泥窑口浇注料的推广和应用
新一代水泥窑口浇注料较国内的同类产品优势明显，在无修补的情况下，使用寿命可达到8~12个月，甚至更长，在大型的水泥窑上，可以实现和窑内衬砖相匹配，加强其的推广和应用具有重要的现实意义。它的推广与应用将大大提高回转窑的运转率，减少窑的维修次数，提高水泥生产企业的生产效率和生产效益；同时，可以大幅度降低大型水泥生产线的耐火材料的整体消耗量，起到节能降耗的作用。

参考文献
[1]王诚训，王珏.《耐火材料技术与应用》.冶金工业出版社，2000年1月
[2]刘志江.《新型干法水泥技术》.中国建材工业出版社，2005年1月
[3]韩行禄.《不定型耐火材料（第2版）》.冶金工业出版社，2004年1月