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1、700t/d 预分解窑单筒冷却机耐火内衬的新配置2007-11-20作者: 作者：陈旭峰 王杰曾 中国建筑材料科学研究院 李 全 河北省宣化水泥厂 1 引言 水泥窑单筒冷却机是最早使用的冷却机,其结构简单,运行可靠,热效率高,无废气收尘的难题。但是,筒体散热较多和传导热损失较大,出冷却机熟料温度较高( 200) 。随多筒和篦式冷却机的出现 ,单筒冷却机被逐渐取代。70 年代末,由于对环境保护的日益严格和熟料预分解技术的兴起,单筒冷却机又得到了重新发展。目前,其使用和维修的方便,操作成本的低廉等优点,被作为日产 5001500t/d 中小型窑首选冷却机。据报道国外单筒冷却机的先进指标已达 75%
2、的热效率,二次风温 850以上,出单筒冷却机熟料温度小于 150。目前,国产 1000t/d 的新型干法水泥窑也较多采用单筒冷却机,但从国内水泥厂近几年使用情况看,效果并不十分理想。普遍存在以下问题: 出单筒冷却机熟料温度过高(250 300);入窑二次风温较低 (500);冷却筒热端区起推料和扬料作用凸起的耐火砖易掉头; 冷却筒中部钢扬料斗基座和耐火砖混砌区频繁掉砖 ,使筒体过热导致停窑,这些问题严重影响了窑的运转率,使单筒冷却机的优点未能充分发挥。 由此可见,改善国内水泥行业单筒冷却机使用的现状极为迫切。为此,我们对河北宣化水泥厂日产 700t/d 预分解窑的 3.2m40m 单筒冷却机进
3、行了改造,通过加强冷却机筒体的保温隔热;用增韧增强耐火材料作凸起结构 ,加强熟料翻扬,提高热交换效率; 在混砌区使用新型结构和施工方法等手段,获得了显著的效果。从八个月的运行情况看,经分解炉改造后窑产量高达 700800t/d,单筒冷却机经受住了该负荷的考验。凸起耐火扬料砖基本完好无损 ,二次风温高达 700以上,出冷却机熟料温度低于 200。由此促进了窑系统向低能耗、高产量、高运转率的状态转化。表 1 是该厂近三个窑役单筒冷却机使用状况的对比。 表 1 单筒冷却机的运行状况对比 修补用料耗费 停机及停窑次数改造前 27 万元 54 次改造后 1.8 万元 4 次本文主要介绍在宣化水泥厂单筒冷
4、却机上的改造项目,并在此基础上,给出同类设备最佳的改造和配置方案。 2 单筒冷却机热端耐火材料的选择和结构 单筒冷却机内耐火砖所受熟料的冲击、磨琢等机械应力在窑系统中为最大。国内目前的常规方法是选用磷酸盐结合的高铝质耐磨砖作窑衬,且在单筒冷却机热端耐火砖衬区设置高低砖呈螺旋凸起状,以起翻搅、推走熟料的作用,使物料充分冷却,并快速向有钢扬料斗区移动,以减轻窑头至单筒冷却机落料斜坡的积料。这种磷酸盐耐磨砖因其韧性不足,高砖的凸起部分在熟料的机械冲击和热冲击下极易掉头。根据对实际使用厂家的调查,大多在三个月左右高砖凸起部就被破坏,无法满足使用的要求。为此,我们开发了一种增强增韧型磷酸盐耐磨砖,用于单
5、筒冷却机内作螺旋凸起状耐火材料。经宣化水泥厂 9 个月的运行,几乎完好如初。其物理和化学性能见表 2。 3 隔热保温衬的选择和配置 单筒冷却机的隔热保温衬不但可降低筒体散热、提高热效率和入窑二次风温,而且还可改善筒体变形对耐火砖衬造成的机械破坏。钢的热膨胀系数 =1610-6,而高铝质耐火材料仅为 =610-6,且磷酸盐结合耐磨砖属不烧砖,高温时尚有少量的收缩和蠕变。所以,在工作温度时砖环的膨胀小于钢筒体的膨胀,彼此间将产生空隙,于每分钟 23 转的速度下会出现砖衬和筒体的转速差。由此将导致砖衬出现错位和局部松动,引起掉砖及筒体过热的事故。采用隔热保温衬里可降低钢筒体温度,以缓解上述诸不利影响
6、。 表 2 增强增韧型及常规耐磨砖、高强及常规磷酸盐火泥的性能 磷酸盐结合耐磨砖 磷酸盐火泥项目 增强增韧型 普通型 项目 高强型 普通型Al2O3（%） 75 77 Al2O3（%） 75 75体积密度（g/cm 3） 2.7 2.7 体积密度（g/cm 3） 1.92.3 1.31.7耐火度（） 1750 1750常温抗压（MPa） 85 65显气孔率（%） 2228 4055常温抗折（MPa） 20 10 150干燥 34 1600烧后 34 1.5荷重软化（T 0.6）1100水1350 1300粘结抗折强度（MPa）1300烧后 4 1210 次残余抗压/抗折（MPa）80/6 60
7、/1 13008h 线变化（%） +1-1 -7-15适用部位单冷机、窑口、轮带单冷机过渡带适用砖种铝砖、磷酸盐砖粘土砖图 1 隔热保温衬里的配置结构 常规的隔热保温衬里的配置结构(见图 1)有如下几种。 A:工作砖衬下铺垫耐火纤维毡。该结构在施工时不易保证砌筑质量,且砖环和筒体间总是有相对运动并把强度低的隔热毡碾碎。另外,耐火纤维毡本身在高温下还有重结晶粉化的问题,故该方法实际上不易采用。B:工作砖衬和隔热砖双层组合结构。其在施工时更不易保证砌筑质量,砖环不易砌紧,运行中易掉砖。隔热砖的强度较低,在工作砖衬和筒体的机械力双面夹击下,易被破坏。故该结构在实际使用中也不易采用。C:复合耐火砖作窑
8、衬。该砖是由耐火和隔热材料复合制得,但由于两材质的热膨胀系数不同,使用时在砖内两材料的交界处易出现裂纹导致破坏,复合砖的制造成本和售价也较高。D:板凳状耐火砖工作衬,内嵌隔热硅酸钙板。该结构由于耐火砖两条腿直接接触筒体,施工时和普通耐火砖一样可把砖环充分砌紧,且嵌入的隔热衬处于砖环的保护下,不承受机械力。此处若使用硅酸钙板,在工作温度下具有优良的化学稳定性,可持久地发挥隔热作用。尽管该结构在筒体上的隔热面积相对较小,但它是目前唯一可实际使用的可靠方法。4 混砌区耐火材料的选择和配置 在单筒冷却机中段钢扬料斗和耐火砖混合砌筑区,钢扬料斗将熟料提升和抛撒,使物料与空气充分接触和换热。此处是单筒冷却
9、机热效率高低的关键部位,也是耐火材料工作条件最苛刻之处。在钢基座热膨胀的挤压、熟料的冲刷和砸击、筒体变形的机械应力等综合作用下,钢扬料斗间砌筑的耐火砖极易发生机械损坏。国内单筒冷却机实际使用中,该区域频繁出现掉砖及红筒体的事故,严重影响窑的运转率。常规的方法是采用耐火砖或耐火浇注料整体浇注(图 2a、b) 。由于扬料斗钢基座在安装时沿筒体轴向不可能齐平,故砌筑在其间的耐火砖各部位松紧不一,在运行中受挤压的程度也不同,易导致破坏和掉砖。大面积整体浇注对施工和养护的要求很严格,不易保证质量,实践证明大面积使用整体浇注效果不好,剥落严重。为此我们采用浇注料和耐火砖混砌的新配置结构(图 2c),浇注料
10、可消除钢基座不平齐的问题 ,小面积浇注易保证质量。耐火砖则主要起着抵抗熟料冲击和磨琢的作用,砖缝还可吸收部分砖衬的应力,耐火砖的性能质量一般都能得到厂家的保证。另外,将此处耐火砖设置成带腿的板凳砖,内嵌隔热材料以降低筒体温度,提高其刚性,从而减轻筒体变形对耐火砖衬的机械应力。在此应指出板凳状耐火砖必须使用增韧增强耐磨砖。该新型配置结构经过近九个月的实际运行被证明是成功的,基本未发生掉砖现象。 图 2 单筒冷却机中部钢扬料斗间耐火衬里的配置 5 单筒冷却机耐火材料的配置方案 根据以上几方面的分析,结合宣化水泥厂 3.2m40m 单筒冷却机耐火砖衬的实际使用情况,我们推荐如下所示的单筒冷却机耐火和
11、隔热衬里的配置方案(见图 3)。 图 3 单筒冷却机内耐火和隔热衬里的配置方案a.钢纤维增强高铝浇注料;b.普通磷酸盐耐磨砖 ;c.增韧增强磷酸盐耐磨砖;d.高强耐火泥;e.硅酸钙板隔热层 建议将单筒冷却机冷端的铸铁衬板也制成腿空心状,内嵌隔热材料以减少筒体散热,其结构见图 4。 6 施工中应注意的事项 单筒冷却机内的耐火材料主要是不烧的磷酸盐耐磨砖,在高温时砖环和筒体间有间隙和转速差,使耐火砖衬局部松动或掉砖。所以,在砌筑时一方面要将砖之间挤紧,多用橡皮榔头敲打,严锁砖环,必要时应及时打入钢板;另一方面应选用高温收缩率低且粘接强度高的高强火泥(表 2),使耐火砖环保持较好的整体性,减少掉砖现象。耐火砖砌到半圆高打撑时 ,打撑处的耐火砖应使用无腿的平砖,以免因撑力过大使腿砖中间断裂。 图 4 单筒冷却机冷端铸铁衬板的空心结构
