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1、大型干法回转窑窑衬优化配置的探讨与应用大型干法回转窑窑衬优化配置的探讨与应用 作者作者:师美高，徐金福单位单位:海螺建安公司 2009-9-14关键字关键字:回转窑-窑衬 摘要摘要:0 前言前言随着国家基础建设对水泥需求的持续增长及“十一五规划”明确淘汰落后产能（立窑、1000 t/d 以下）的要求，给大中型旋窑水泥工业的发展带来了新机遇。至目前全国新型干法生产线已突破 1000 台，其产能所占总量已达 60%以上；而且旋窑规模的大型化以及窑转速的加快，对耐火砖的热震稳定性、抗机械应力、抗化学侵蚀的要求较高。因此，耐火砖的选用、配置优化和管理，是影响窑系统运行效率的一个重要因素。本文就海螺集团
2、大型回转窑耐火砖的使用和优化情况作一分析探讨。1 海螺海螺集团回转窑窑衬使用概况集团回转窑窑衬使用概况海螺集团目前拥有近 60 台 2 000 t/d 到 10 000t/d 水泥熟料生产线，回转窑窑衬的配置经历了不断实践、总结、摸索和优化的过程。以前海螺水泥回转窑砖型配置设计主要为：烧成带和过渡带分别采用进口镁砖系列、尖晶石系列，使用周期为 10 个月左右；预热带采用国产抗剥落砖，使用周期为 20 个月左右。这一配置方案基本能满足回转窑运行要求，但进口砖价格较贵，每年每条窑需购置 300500t 进口碱性砖；而且进口碱性砖都是集中采购和到达，造成库存居高不下，同时在海上运输时间较长，加上订购
3、、生产、存放等环节周期等原因，必然都对碱性砖的使用及其效果产生一定影响。随着国产碱性砖质量的不断提高，海螺也通过多年不断对国产碱性砖进行试用跟踪和总结，在取得一定使用经验基础上以后，逐步摸索全窑国产化配置。在 2005 年第一次实现了全窑国产化配置，从 2006 年以后，日产 5000 t 回转窑内衬全部实现了国产化配置（见表 1），表 1 5000 t/d 回转窑目前国产化内衬配置方案部位前窑口烧成带上过渡带下过渡带预热带后窑口内衬名称浇注料 G-17k高耐磨砖镁铬砖尖晶石砖镁铬砖抗剥落砖高铝质浇注料使用寿命/月10128-108-10102024使用寿命在保持或超过进口碱性砖的前提下，实现
4、了每台 5000t/d 回转窑每年能节省内衬近 100 万元的直接成本。但随着环保和节能降耗的需要，表 1 的窑衬配置的一些不足之处也日趋明显。如用于上过渡带的尖晶石砖导热系数大，窑筒体外壁温度高，窑中部托轮瓦温度升高，影响设备的正常运行，具体分析如下。（1）表 1 窑内用砖品种比较多，增加了平时耐火砖的管理难度，尤其是窑内砖使用寿命达不到同步效果，协调性差，为了降低直接成本，只得分段更换维修，使检修间隔时间一般在 46 个月。这样，整窑耐火砖检修频率一般为 23 次/年，个别窑达 4 次/年以上。因此表 1 配置方案，既增加了检修时间和劳动强度，又增加了熟料成本，同时含铬废砖对环境还会产生一
5、定的隐患。（2）使用时存在主要问题：前过渡带使用的尖晶石砖在施工时易碎，易造成内衬成本上升；而且尖晶石砖或烧成带使用的镁铬砖的导热系数大（2.7W/mK），使得窑筒体外壁温度较高（大约在 380左右，高温时能达 420）。筒体外壁温度较高，一方面使窑筒体散热增加，从而加大熟料热耗，引起熟料单位成本增加；另一方面极易使筒体受热膨胀，致使窑中部托轮瓦温度升高，尤其是在使用后期或夏季给设备的正常运行带来较大隐患。镁铬砖或尖晶石质量密度较大（2.93.0 g/cm3），相比较硅莫红砖要重 10（约每米增加 1.35 t），显然这增加了窑筒体的承重，也增加窑支承系统的负荷。此外镁铬砖、尖晶石砖均属于碱性
6、材料，在南方地区极易吸湿而发生内部晶相转化，从而造成砖的粉化、水化，轻则影响使用，重则失去使用价值。（3）预热带存在的问题：大型水泥窑预热带所使用的耐火材料传统设计为抗剥落砖，抗剥落砖具有热震稳定性高、使用周期长（达 2 年以上）的特点。但近年来原材料，特别是抗剥落砖主要组成成分锆英砂价格猛增。其中国产锆英砂原材料价格从 3 000 元/t 左右涨到 9 600 元/t，进口锆英砂更是达到了 12000 元/t，而抗剥落砖销售价格并没有同步上涨，造成抗剥落砖生产厂家为了降低成本不得不使用替代材料，从而影响了使用寿命。现在抗剥落砖使用寿命一般在一年半左右。2 大型回转窑窑衬的优化配置大型回转窑窑
7、衬的优化配置2.1 优化配置方案为降低生产成本，提高经济效益，实现节能减排，需要进一步提高科学管理水平，实现回转窑窑衬三年二次大修的安全使用寿命目标。围绕这个目标，经对窑用耐火材料品种性能的研究分析和业已取得的经验总结，进行了窑用耐火材料的优化配置探索与实践并取得了一定经验。为使各段耐火材料在整条窑上同步使用，延长耐火材料的使用寿命，海螺相关专业人员与国内外一些专业耐火材料生产厂家做了大量的研究和使用跟踪工作，并曾与国际知名耐火砖生产厂家（如雷法和奥镁公司）成功合作使用无铬（镁铁尖晶石砖、纯镁砖和白云石）或低铬耐火砖；近年又跟踪开发、使用了更具有技术优势的替代产品硅莫砖等系列，与国内山东鲁中和
8、无锡宝宜在海螺部分窑后过渡带成功使用了硅莫砖。尤其是窑口、前过渡带（2636 m 等）位置使用江苏君耀开发的硅莫红砖系列耐火砖，已达到 18 个月以上的使用效果，整体使用性能优于尖晶石砖。经过几年的积极探索和使用实践，我们对整条水泥回转窑耐火材料的进一步合理使用和优化配置积累了一定的实践经验。若能做到窑内用砖品种只选有两个品种主砖，通过优化操作，加强工艺检修管理，则整条水泥窑耐火材料可以实现以 3 年为周期进行维修管理，实现 3 年二次大修目标，使窑的运行周期大幅度提高。优化后的配置见表 2（各种耐火材料的性能对比见表 3），既简化了耐火材料管理程序，降低生产、维修和管理成本，同时又达到无铬化
9、环保要求。表 2 优化后窑衬配置方案部位前窑口烧成带上过渡带下过渡带预热带后窑口内衬名称浇注料 G-17k高耐磨砖镁铁尖晶石砖或白云石砖硅莫红砖硅莫红硅莫砖高铝质浇注料使用寿命/月101212181218243624表 3 各种耐火材料的性能对比项目化学成分/%w（Al2O3）w（SiO2+SiC）w（MgO）耐火度/体积密度（gcm-3）常温耐压强度/MPa导热系数W（mk）-1硅莫红砖型6730 17902.7901.7硅莫红砖型6530 17902.7801.7镁铬砖 8080305310452.7镁铝尖晶石砖85170029530502.7表 2 配置方案已在海螺 5000t/d 回转
10、窑上分别进行过使用，实际寿命基本能达到设计要求，同时硅莫系列耐火砖已在国内外大型回转窑广泛使用，并取得了良好的使用业绩。2.2 优化配置效益测算（1）改善窑中轮带部位运行条件。因硅莫砖导热系数小1.7 W/（mK），使得窑筒体外壁温度较低（大约在 320左右），筒体不易变形，且改善了窑中部托轮的受力情况，有利于设备的正常运行。（2）优化后的配置方案消除了铬离子污染源，符合行业的可持继发展要求和环境保护要求。（3）提高产量和降低耐火砖检修成本。对 5 000t/d 生产线而言，采用优化的配置方案，使得窑衬的大修实现了 3 年 2 次大修，与一年 1 次大修相比每年可节约窑衬检修直接成本约 50
11、万元以上；而且因窑运转率提高，所带来的熟料产量提高和余热发电的增加等效益测算，每年可多实现利润近 70 万元。（4）节能效果明显。硅莫砖较小的导热系数（1.7W/mK）使得窑筒体外壁温度维持在 320左右，较小的热损降低了熟料的单位成本。经设计技术部门测算，5000t/d 窑的前、后过渡带使用硅莫砖与尖晶石砖相比较，每天可以节约标准煤 2 077.2 kg（按此算，每台窑每年节约用煤 600 多 t，约合 30 万元）；（5）便于调配储存及降低管理费用。硅莫红砖具有性能稳定、保管简便、供货响应及时等优点，且不存在吸湿水化的问题，仓储保管非常简便。另外，硅莫红砖制造周期较短的特点也有利于合理备砖
12、，减少备品量，节约资金。全窑主要只用两种砖，较少的砖种也有利于降低管理成本。3 结论结论（1）经过多年的发展与实践积累，国产耐火砖在 5000t/d 回转窑上的配置已达到或超过国际同行业水平，在以后使用中将逐步得到进一步验证。（2）对于日产 5000 t/d 熟料生产线如采用本文表 2 配置方案，可以达到减少停窑次数、降低砖耗与筒体温度等，使每台窑每年能节约综合成本在 100 万元以上。（3）由于符合环境友好无铬化要求，采用硅莫红系列、镁铁尖晶石或白云石砖等无铬耐火砖的优化配置将是今后新型大型回转窑窑衬的必然选择。参考文献1陈友德.分解窑用碱性耐火材料的技术进展J.水泥技术，2005.（1）.2陈友德.预分解窑用碱性耐火衬料的发展动向与趋势J.水泥技术,2000.（2）.3曾大凡.水泥窑用耐火材料的选材和配套J.水泥技术,1997.（2）.4陆纯宣，曾大凡，丁抗生.新型干法水泥窑用新一代干法窑衬材料J.水泥,1997.（2).5国家耐火材料操作规程（试用）
