水泥窑耐火材料优化配置对水泥窑节能降耗的作用

　　目前，我国水泥生产的窑型较多（如：机立窑、湿法生产线、预分解窑等），从目前整个水泥工业的窑型组成来看，各种窑型的水泥熟料生产能力见下图1

　　对于新型干法水泥生产线而言，其能源消耗量受其生产规模、设备选型、工艺状况、原料差异、管理水平等因素的影响，其能源的消耗量也有所不同；国内的一般水平和国外的先进水平差距较大，具体对比情况见下表：

　　前窑口部位的耐火浇注料一般的使用周期是4~8个月，比较普遍的问题是：浇注料存在剥落、掉块、耐碱侵蚀性能差等问题；燃烧器使用周期为3~5个月，主要是燃烧器前面一米部位的浇注料易出现脱落、掉块，具体情况可见下图2。

　　3.2.2窑门罩顶部易出现烧穿的情况，导致水泥窑被迫停窑维修
伴随着回转窑日产量的不断加大，窑门罩的体积更加庞大；同时由于窑门罩顶部施工难度大，施工质量难于得到保障，一些5000t/d以上大型的水泥窑出现窑门罩烧穿的现象，具体情况可见下图3。

　　3.2.3下料斜坡、烟室部位结皮严重，加速了耐材的损坏，造成壳体变形
低品位原料、无烟煤、劣质煤以及固体废弃物的煅烧，造成整个窑系统的碱、硫、氯等有害成分的含量增加，在下料斜坡、烟室部位结皮情况加重，导致频繁使用空气炮、水枪，加速了耐材的损坏，严重的致使壳体超温、变形。
　　3.2.4 三次风管弯头、挡风阀部位耐磨料磨损严重，使用周期短
该部位的工况温度在800℃~1000℃，含粉尘的三次风速度达到20m/s以上。该部位损坏主要是弯头、挡风阀部位的耐火衬里磨损比较严重，使用周期短的只有2~3个月，长的也只有6个月左右，因此，该部位一直是制约着干法水泥窑正常生产。其损坏情况见下图4。

　　另外，一些水泥公司的生产线也暴露出篦冷机热段顶部、矮墙等部位的一些问题，本文在此不再一一阐述。
四、水泥窑用耐火材料优化配置方案及其带来的节能降耗的效果
针对大型干法水泥窑在生产过程中出现的问题，我公司结合自身的优势和多年的专业经验，在深入剖析耐火衬里损坏机理的基础上，开发出一系列可满足不同工况的新产品，取得了不错的使用效果，在此愿和大家一起分享。
　　4.1大型水泥窑用耐火材料优化配套方案
　　4.1.1一些关键部位（前窑口、燃烧器）耐火材料的配置
　　结合该部位运行的工况特点，通过采用复合骨料、引入高温膨胀剂、高温抗碱剂等技术手段开发出适用于2500t/d以上水泥窑前窑口、燃烧器部位的高性能浇注料G-17K、G-17P，该产品具有优异的抗剥落性能、高温耐碱性能以及抗水泥熟料侵蚀性能等，经在国内多家大型水泥公司使用，普遍的使用周期是6~10个月。
　　同时，针对目前国内窑口浇注料和窑内衬砖使用周期不同步的问题，以板状刚玉和非氧化物为主材质开发出长寿命的（12月以上）新型窑口浇注料GC-18，彻底解决了传统的刚玉质浇注料抗碱侵蚀性能差、热稳定性能差的缺点，其用于5000t/d以上的水泥窑前窑口部位可以达到12个月以上，燃烧器部位达到6个月以上。该产品2004年12月在海螺集团中国水泥公司的5000t/d水泥生产线上投入使用，其使用情况见下图5。 

目前，该公司窑口浇注料经过修补后仍在使用中；燃烧器部位使用该产品达到了10个月，取得了令人满意的效果，见下图6。

　　4.1.2三次风管弯头、挡风阀的耐火材料配置
　　针对该部位耐火浇注料耐磨性能差的特点，通过优化产品的基质组成、采用中温烧结剂等技术手段开发出高耐磨产品G-17M，大幅度提升了产品的在900℃左右的耐磨性能，其在该温度下的耐磨对比情况可见下图7。

　　4.1.3预分解系统耐火材料的轻质化
　　针对整个预分解系统运转工况低，设备表面积大，能耗大的现状，开发出了应用于水泥窑旋风预热器的轻质隔热保温耐碱浇注料。与传统耐碱浇注料相比，该产品具有隔热保温效果好，耐碱侵蚀性能优异的特点，可大大降低设备的外表面温度，提高水泥窑旋风预热器的热能利用率，减少热量损失，降低能耗。同时，轻质耐碱浇注料密度小，可减少浇注料用量和设备的自重，节约建设成本。具有较大的市场应用和推广价值。
通过理论计算得出轻质耐碱料的保温性能。（环境温度：20℃）如表所示：

 　　4.1.4大型水泥窑其它部位的耐火材料配置方案
　　改进施工方案，将原来的硅钙板、耐火浇注料双层结构改为轻质隔热和高耐磨双层喷涂料结构。采用喷涂方式施工方便快捷，彻底解决了这些部位施工困难的问题，杜绝了由于施工困难带来的浇注料脱落、掉块、烧塌等。
喷涂施工是未来耐火材料发展的方向之一，且新开发的喷涂料会大大降低材料容重，从而降低设备自重，降低建设成本，促进水泥工业的节能降耗。
4.1.5大型水泥窑典型耐火材料配置方案

　　4.2耐火材料施工质量对上述配置方案使用效果的影响及解决方案
对于耐火材料水泥生产企业而言，一般耐火材料由一家单位提供，施工由另一家单位来进行。目前，国内的耐火材料施工专业素质整体参次不齐；同时，由于对耐火材料专业知识了解甚少，施工质量大打折扣，在一定程度上影响了产品设计性能的发挥，造成了产品使用寿命的缩减，从而不能达到预期效果。因此，水泥窑用耐火材料以及施工的整体承包是我国水泥工业维修的整体发展趋势。只有这样才能做到资源的优化配置，使各部位耐火材料的整体使用寿命同步，达到同步使用、同步检修的目的，提高回转窑的运转率，最终达到节能降耗、提高效益的目的。
我公司下属的通达工程技术有限公司具有二级炉窑工程总承包资质，保证了产品设计、开发、制造、施工、维护“服务链”的完整性，专业化的服务势必为我国各大水泥生产企业的高效、低能耗、长周期运转保驾护航。

　　五、节能降耗的初步效果
　　通过优化大型水泥窑耐火材料的整体配套方案和严格的施工，来提高耐火材料的整体使用寿命和回转窑的运转率，实现两年三修、一年一修的目的。降低了水泥窑的维修次数和维修时间，节约了频繁开、停窑带来的能源消耗；同时，通过在窑尾系统试用轻质耐火浇注料，降低金属壳体的外壁温度，减少能源的散热损失，最终达到降低生产单位水泥熟料的能源和耐火材料的消耗量，起到节能降耗的效果。

　　六、总结
　　随着我国干法水泥窑在整个水泥工业中的比例不断加大，水泥窑用耐火材料的开发、设计配置、施工、维护的一体化，必将大大提高回转窑的运转率，减少停窑检修次数，降低每生产单位水泥熟料的能耗量和耐材的消耗量，推动我国水泥工业良性、低能耗、快速发展！