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新型干法水泥窯用耐火材料的優(yōu)化配置

新型干法水泥窯用耐火材料的優(yōu)化配置

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  • 發(fā)布時(shí)間:2023-11-11
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【概要描述】新型干法水泥窯耐火材料使用部位較多,其中靜止設備的材料約占總量的70%~80%。不同規格的水泥窯及系統的不同使用部位,對耐火材料都有不同的要求,設計配套時(shí)必須選用與其相適應的品種;同時(shí)各生產(chǎn)廠(chǎng)家所用的原燃材料品質(zhì)、設備狀況、操作控制習慣等方面的差異,客觀(guān)上對耐火材料的要求也略有不同。本文主要闡述不定形耐火

新型干法水泥窯用耐火材料的優(yōu)化配置

【概要描述】新型干法水泥窯耐火材料使用部位較多,其中靜止設備的材料約占總量的70%~80%。不同規格的水泥窯及系統的不同使用部位,對耐火材料都有不同的要求,設計配套時(shí)必須選用與其相適應的品種;同時(shí)各生產(chǎn)廠(chǎng)家所用的原燃材料品質(zhì)、設備狀況、操作控制習慣等方面的差異,客觀(guān)上對耐火材料的要求也略有不同。本文主要闡述不定形耐火

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  • 發(fā)布時(shí)間:2020-12-18 14:59
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詳情

新型干法水泥窯耐火材料使用部位較多,其中靜止設備的材料約占總量的70%~80%。不同規格的水泥窯及系統的不同使用部位,對耐火材料都有不同的要求,設計配套時(shí)必須選用與其相適應的品種;同時(shí)各生產(chǎn)廠(chǎng)家所用的原燃材料品質(zhì)、設備狀況、操作控制習慣等方面的差異,客觀(guān)上對耐火材料的要求也略有不同。本文主要闡述不定形耐火材料在水泥窯上的配置狀況。
  1.回轉窯

  回轉窯用耐火澆注料,尤其是前窯口的耐火材料在使用過(guò)程中,除了要承受1400℃以上高溫外,還要受到機械應力、熱應力和化學(xué)侵蝕的破壞,因此前窯口耐火澆注料的使用壽命對整條水泥生產(chǎn)線(xiàn)的運轉周期有著(zhù)至關(guān)重要的影響。

 ?、倩剞D窯作為動(dòng)態(tài)設備,在運行使用過(guò)程中,前窯口的耐火澆注料承受著(zhù)兩種機械應力:一是窯的徑向剪切應力,二是沿窯筒體方向的軸向擠壓應力。徑向剪切應力主要來(lái)源于回轉窯運行中產(chǎn)生的機械變形,隨著(zhù)窯徑加大,窯速加快,前窯口周期性的受壓和松壓作用加劇,耐火澆注料承受的徑向剪切應力的破壞也更大。前窯口的軸向擠壓應力產(chǎn)生的主要原因是因窯筒體與水平線(xiàn)成3.5%~4%的傾斜,窯內物料在窯運轉時(shí)從窯尾向窯頭方向運動(dòng),前窯口澆注料在運動(dòng)物料的推力,及窯內耐火磚的軸向分力的共同作用下,有往窯頭方向移動(dòng)的趨勢。在這兩種機械應力的作用下,對前窯口澆注料要求有足夠的機械強度。

 ?、跀祿砻?,回轉窯運行過(guò)程中前窯口熟料出口溫度達到1400℃,入窯二次空氣溫度達1200℃,在窯體運轉過(guò)程中,窯皮時(shí)掛時(shí)落,溫度變化頻繁,由此產(chǎn)生的熱應力是前窯口澆注料損壞的主要原因之一。隨著(zhù)水泥工業(yè)大型化的發(fā)展趨勢,窯徑也不斷增大,窯口的出料量也在增加,這不僅使機械應力變大,窯內的熱力強度也要大幅度提高,澆注料單位面積所受的熱負荷也相應增大,熱應力的破壞作用更加明顯。在這種情況下,前窯口澆注料應該具有更好的熱震穩定性。

 ?、刍瘜W(xué)侵蝕是水泥窯用耐火材料損壞的主要原因之一,由于每個(gè)地區的石灰石品位,采用燃料的品質(zhì)不同,窯內堿、氯、硫等有害成分的含量也不一樣,生礦石和原燃料中的有害成分在高溫下?lián)]發(fā),這些堿性氣體隨著(zhù)生料一起進(jìn)入窯內,在窯內1350℃~1450℃環(huán)境溫度下,窯料中的有害成分和堿性氣體與前窯口澆注料產(chǎn)生強烈的化學(xué)侵蝕作用,形成膨脹性礦物使其開(kāi)裂剝落,發(fā)生“堿裂”破壞。因此,前窯口澆注料應該具有良好的耐堿性。

  綜上所述,前窯口澆注料在高溫環(huán)境下應該具備足夠的耐火度、機械強度、熱震穩定性和耐堿性。前窯口澆注料在水泥窯用耐火材料中一直是關(guān)鍵,隨著(zhù)水泥工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,水泥窯的規模逐漸增大,前窯口澆注料也經(jīng)歷了高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、莫玉石質(zhì)耐火澆注料的發(fā)展。我公司的HR-PA80DT剛玉-莫來(lái)石窯口專(zhuān)用澆注料,使用在2001年投建的浙江桐星集團水泥有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線(xiàn)上,使用周期8~10個(gè)月以上,后來(lái)廣泛推薦使用于2500t/d、5000t/d以上規模的新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)。根據新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際工況,對前窯口耐火材料提出了新的標準,我們研發(fā)了HR-75MDT剛玉-莫來(lái)石窯口專(zhuān)用澆注料,使用周期達到10~12個(gè)月,滿(mǎn)足了客戶(hù)的使用要求;對于5000t/d水泥生產(chǎn)線(xiàn)設備的建設,耐火材料的發(fā)展又是一個(gè)新的挑戰。針對5000t/d水泥生產(chǎn)線(xiàn)的具體工況,我們又研發(fā)了HR-75MDTF剛玉-莫來(lái)石鋼纖維高強窯口專(zhuān)用澆注料,在兼顧HR-PA80DT、HR-75MDT性能的基礎上,提高了材料的機械強度和熱震穩定性。

  2.燃燒器(噴煤管)

  燃燒器的工作環(huán)境在1400℃左右,其火焰溫度在2000℃左右,長(cháng)時(shí)間在堿性氣氛中工作,相比前窯口溫度變化更加頻繁、溫差更大,因此對其熱震性要求更高。燃燒器前端在窯內始終受到氣流的沖刷,尤其是下部受到的沖刷更嚴重,而且該氣流夾著(zhù)窯內的熟料粉塵,燃燒器耐火澆注料需要足夠的耐磨性。鑒于上述兩點(diǎn),燃燒器澆注料的性能要求比前窯口澆注料要求更高,根據新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)設備的使用工況,對應前窯口澆注料,我們研制了HR-75MET、HR-75MEF和HR-PA80ET噴煤管專(zhuān)用料,使用周期達到5~8個(gè)月。

  3.窯頭罩、篦冷機

  窯頭罩和篦冷機屬于靜止設備,受到的機械應力損壞比較小,工作溫度總體比回轉窯內溫度要低,對耐火澆注料的要求相對要低一點(diǎn)。

  有幾個(gè)特殊部位需要提出:一是窯頭罩下部耐火澆注料受到窯口下來(lái)的高溫熟料反彈熱沖擊,對于一些大型水泥窯,日產(chǎn)熟料量大,此處所受熱負荷比較高,一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料如果養護升溫控制不好,容易發(fā)生爆裂掉塊。窯頭罩頂部靠近3次風(fēng)管處,粉塵氣流沖刷相對比較嚴重,澆注料在高溫下的耐磨性要好,頂部澆注料的施工比較困難,對材料的流動(dòng)性和早期強度要求比較高。二是篦冷機前端頂部不僅受到熟料的反彈熱沖擊,工作溫度相對較高、變化較大。前端兩側矮墻長(cháng)期通過(guò)窯口下來(lái)的高溫熟料,受到一定的機械應力和熱應力的損壞。三是3次分管的拐彎處,在粉塵氣流的沖刷下也比較容易磨損。

  上述部位耐火澆注料的使用應根據各自工況需要合理選擇,具有早強防爆性能的HR-DFB1、耐磨性更高的HR-DFB,及熱震性更佳的HR-M66莫來(lái)石耐火澆注料,都是比較合適的材料,其他部位設計的時(shí)候,采用一般的高鋁質(zhì)耐火澆注料就能滿(mǎn)足使用的要求。

  4.預分解系統

  原始生料在預熱器中逐級升溫,生料中堿、氯、硫等有害成分的不斷揮發(fā)、凝聚,反復循環(huán)而不斷富集,對耐火澆注料產(chǎn)生強烈的化學(xué)侵蝕,發(fā)生“堿裂”破壞,所以設計時(shí)此部位采用高強耐堿澆注料。與原始生料相比,熱級旋風(fēng)筒的熟料中堿、氯、硫的富集濃度,分別達到5倍、80~100倍、3~5倍之多。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中,窯尾預分解系統經(jīng)常會(huì )遇到結皮堵塞的情況,預分解系統易結皮堵塞的部位主要有,上升煙道至C5風(fēng)管水平段,C5膨脹節及下料管,堵塞物主要是高溫黏結的物料;窯尾煙室縮口和下料斜坡,堵塞物主要是結皮物料,質(zhì)硬、堿含量高;C5-C4風(fēng)管水平段,堵塞物主要是生料沉積物,粉料多、易清理;分解爐錐部,堵塞物主要是煤灰高溫熔融物。某水泥企業(yè)通過(guò)對結皮堵塞物及窯灰的化學(xué)分析結果是,氯含量較高是預分解系統頻繁結皮堵塞的根本原因,這在一定程度上與水泥企業(yè)采用的石灰石的品位及原料、燃料的品質(zhì)有關(guān)。

  根據這一工況要求,我公司研制了HR-50S和HR-60S抗結皮澆注料,其中的主要原料碳化硅不僅具有非常好的抗化學(xué)侵蝕性能,而且在高溫下發(fā)生氧化反應,在材料表面產(chǎn)生SiO2玻璃狀光滑物質(zhì)層,更加有效地阻止了有害氣體對耐火澆注料的化學(xué)侵蝕,此外碳化硅具有很強的耐磨性,在下料管等部位可以滿(mǎn)足大量生料的沖刷要求。



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