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1、回转窑极其工艺 回顾： 最早生产水泥用环式窑和竖窑，到1899 年在德国汉诺威水泥厂有了世界首座回转窑开始运 转，生产能力为80100t/ 日。随后回转窑技术快速发展，经历了许多装备的更新，从而用列波 尔式窑和带悬浮式预热分解，回转窑取代了原来的湿法长窑，目前最大生产能力达到12000t/ 日。 由于回转窑从200 米缩短到40 米长，新式带旋风器和炉箅预热器的窑直径与长度之比为10： 17， 这种窑旋转只有两个轮箍位置，由于不再有第三个轮箍，回转窑的轴承不易变形，而窑筒体也不 易变形，内衬也不易损坏。 二、水泥窑用耐火材料的损坏因素 水泥窑是将生料烧成熟料，窑衬耐火材料受到的综合影响因素如下
2、： （1）温度因素； （2）化学侵蚀； （3）机械磨损。 上述诸因素的影响，在窑内各部分尚有差异。因此，水泥窑用耐火材料的选择，要与各部位 工作条件相适应，即采用多品种合理配套的材料。 对窑衬影响的因素如下： （1）温度因素。水泥窑各部位的温度不同，对窑的材料要求不一。水泥窑各部位温度和对窑衬 材料的要求见下表。 水泥窑各部位温度和对材料的要求 部位温度 / 要求 1. 预热装置旋风预热器箅式加 热器 800900耐磨耐碱的硫酸盐和氯化物侵蚀 2. 窑筒 后窑口 预热带 分解带 过渡带 烧成带 冷却带 前窑口 900 900 9001200 12001400 1450 13001400 约 1
3、200 耐磨 耐磨 耐粉料侵蚀 耐热变化、耐高温、耐化学侵蚀和机械破 坏 耐高温耐化学侵蚀 耐化学侵蚀、耐磨 耐温度变化，耐冲刷 3. 冷却机 箅式冷却机 单筒冷却机 多筒冷却机 约 1200 约 1000 约 900 耐磨耐温度变化 耐磨耐温度变化 耐磨耐温度变化 大型预分解窑（PC窑）使用高效冷却机和多风道烧嘴，窑头又加强了密闭。在河北某水泥 厂， 日产熟料4000t 的4.7m74m窑上，二次空气温度约1150， 窑尾气流温度10501100， 最高 1200，且离窑筒熟料温度达1400。在过渡带、烧成带、冷却带、窑门罩、冷却机、喉 部和烧嘴等处温度差异明显，必须相应采用系列的新型材料。
4、 温度波动，砖内部产生热应力，造成砖的破坏。水泥窑内火焰温度约17001800，热量主要通 过辐射传给窑衬材料，而窑衬材料的表面温度随窑的转动而发生周期性的变化，温度达200以 上。窑的转速为13r/min ，即窑衬材料每天经受14004300 次温度茶、 差为 200以上的热应 力作用。无疑，宜选择耐温度变化的窑衬材料，即抗热震性优良的材料。 （2）化学侵蚀。在悬浮预热器窑（SP窑）、窑外分解窑（PC窑）和立波尔窑系统内，由原料 和燃料中带来碱、硫酸盐和氯化物等挥发性组分挥发激素，反复循环，导致窑中这些组分富集。 与原始生料相比，最热级预热器窑中K2O+Na2O,SO2和 Cl - 的含量分
5、别增达35 倍和 80100 倍。 相应部位窑气中这些组分的含量也增加，渗入砖内，使砖破裂损坏。在最热两极预热器、预分解 炉、上升烟道、喂料斜坡和窑筒后部1/3 部位中，易形成膨胀性的钠霞石（Na2Al2O32SiO2）、 钾霞石（ K2 Al2O32SiO2）、自榴石（K2Al2O34SiO2）等矿物，窑料与粘土砖（Al2O340% ） 反应形成2C2SCaCO3、2C2S CaSO4和 2CaSO4 K2SO4等结皮的特征矿物。 在熟料中挥发组分含量过高时，连冷却机热端、窑门罩和3 次风管道中的普通高铝砖和粘 土砖也会发生碱裂。 所以在工作温度为8001200所有部位都应采用一系列能耐碱的
6、半酸性粘土砖和浇注料。 （3）机械破坏。回转窑内衬材料在高温下随筒体一起转动，长期处于震动状态，同时承受炉料 的磨损和冲击作用，导致砖损坏，此是一方面；其次，窑体长期使用变形、内衬材料碱性砖热膨 胀性大，导致砖损坏。 综观新型干法窑，其窑速较快，窑温较高，并且温差大（2 次空气温度达1200），碱侵蚀严 重，因此对耐火材料提出更高的要求，宜选用耐碱砖、耐剥落砖、耐火浇注料及隔热材料配套使 用。 （三）水泥窑用耐火材料 水泥窑用耐火材料是多品种材料，应配套综合使用。主要有以下几类： （1）碱性耐火材料； （2）铝硅系耐火材料； （3）隔热耐火材料； （4）浇注料。 1. 碱性耐火材料 碱性耐火材
7、料主要品种有：镁铬砖、镁砖、尖晶石砖、白云石砖等。镁铬砖又分有普通镁 铬砖、直接结合镁铬砖、半直接结合镁铬砖。 碱性耐火材料主要用于水泥窑烧成带、过渡带和窑口部位。特别指出，尖晶石砖已成为大型水 泥窑主要窑衬材料之一，它应用在过渡带，逐步在冷却带、窑口上使用，甚至用于烧成带内。正 逐渐取代镁铬砖。 普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖和直接结合镁铬砖理化性能 名称 普通镁铬 砖 半直接结 合镁铬砖 直接结合镁铬砖 MgO %5560 6570707580 Cr2O3 %812 8139964 SiO2 %5.5 4.0 3.02.82.82.5 体积密度 Kgm -3 2850 2900 2980 2
8、980 2950 2930 显气孔率 %2324 2022 19191818 耐压强度 MPa 20 35 40 40 40 40 荷重软化温 度 T0.6 T2 1550 1650 1580 1700 1600 1700 1600 1700 1600 1700 1530 线膨胀率 % （1000） 1.01.11.011.031.051.05 抗热震性次 （1100，水 冷） 3 44444 尖 晶 石 砖 名称电熔合成尖晶石砖烧结合成尖晶石砖 MgO %7880 Al2O3 %1013812 Fe2O3 % 11 SiO2 %1.81.5 体积密度 Kgm -3 2920 2920 295
9、0 显气孔率 %191719 耐压强度 MPa40 40 荷重软化温度 T0.6 1650 1650 T21700 1700 线膨胀率 % （1000） 0.96 0.99 导热率 W (mK) -1 800 3.00 3.00 抗热震性次 （1100，水冷） 8 8 白 云 石 砖 名称白云石砖 化学成分 % CaO30 MgO65 物 理 性 能 体积密度 Kgm -3 2.8 2.9 显气孔率 %13 15 冷压强度 MPa50 荷重软化温度 T0.6 1600 抗热震性次 （1100，风冷） 3 从以上表中可见，碱性耐火材料，抗热较差，仅数次。在使用时，关键是能挂窑皮。只要保 持有适当
10、厚的窑皮（200300mm ），就能弥补碱性耐火材料抗热震性较差的不足。尖晶石砖要在 烧成带推广使用，亦需解决好挂窑皮的问题。 白云石砖的推广使用，关键是防止氧化钙（CaO ）水化。 2. 水泥窑用硅系耐火材料（Al2O3SiO2系） 水泥窑用硅系耐火材料，除一般粘土砖、高铝砖外，尚有其特殊要求。主要是耐磨、耐碱、 耐温度的变化，为此已开发出系列的特种高铝砖、如磷酸盐结合高铝砖、磷酸盐结合高铝质耐磨 砖、抗剥落高铝砖及耐碱半酸性粘土砖等。特种高铝砖理化性能见下表。 特种高铝砖理化性能 名称 磷酸盐结 合高铝质 砖 磷酸盐结 合高铝质 耐磨砖 抗剥落高 铝砖（ 1） 化学结合 高铝砖 抗剥落高铝
11、 砖（ 2） Al2O3 %7577 70755560 Fe2O3 %3.03.0 2.01.1 1.4 CaO % 0.6 0.6 耐火度17701770 178017701770 体积密度 Kgm -3 2650 2700 2500 2600 2600 2.2 2.3 显气孔率 %18201719202518201926 耐压强度 MPa 6064 45603050 荷重软化温 度 T0.6 1350 1300 1470 1450 14201480 抗热震性次 （1100，水冷） 3030 3020820 3.耐碱砖 在预热器窑、窑外分解窑和立波尔窑等碱侵蚀严重部位，必须采用耐碱砖。耐碱砖
12、中Al2O3 的含量，控制在30% 左右。在大型水泥窑窑筒的入料区段，表面散热损失大，而且对衬砖的要求 具有良好的耐碱性，可选用耐碱隔热砖。此砖的原料是半硅质。 水泥窑用耐碱砖技术要求 项目 指标 NJ-30 Al2O3 % SiO2 % Fe2O3 % 不大于 2530 6070 2.0 显气孔率 % 不大于25 常温耐压强度 MPa 不小于20 重烧线变化 % （1350， 2h）+0.1 -1.0 抗热震性次（ 1100，水冷）不小于10 耐碱性（ 1100， 24h）合格 系列耐碱砖理化性能 名称普通型高强型隔热型拱顶型 Al2O3 %2530253025303035 Fe2O3 %
13、2222 SiO2 %6570657060676065 耐火度1650155016501700 体积密度 Kgcm -3 2100 2200 1650 2200 显气孔率 %25 20 30 25 耐压强度 Mpa256015 30 荷重软化温 度 T0.6 T4 1350 1300 1250 1400 线膨胀率 % （900）0.7 0.7 0.6 0.6 导热率 W (mK) -1 3501.28 1.28 0.7 1.20 抗热震性次 （1100，水冷）10 25 5 10 应用部位预热器等碱侵蚀严重部位水泥窑窑筒的入料区段 4. 隔热耐火材料 水泥窑使用隔热耐火材料的作用如下： （1）
14、降低筒体表面温度和散热损失； （2）防止筒体过热； （3）减轻窑衬材料的重量； （4）降低工程造价。 水泥窑用隔热耐火材料有以下几种： （1）硅酸钙板，是一种高效节能材料。原料为硅质原料和石灰。该制品主要由硬硅钙石 （6CaO6SiO2H2O ）和纤维组成。CaO/ SiO2的摩尔比在0.92 1.0 之间。 近年来，水泥窑中使用超轻质硅酸钙板的容重100150kg/m 3, 可使水泥窑窑衬材料进一步轻 质化，并取得更好节能效果。 硅酸钙板理化性能 牌号I-230I-200-250 CaO % SiO2 % 44 47 44 47 32 44 体积密度 Kg cm -3 230200250 抗
15、折强度 Mpa0.500.400.29 重烧线变化不大于 2% 的试验温度1050 1050 650 热导率 W (mK) -1 20 0.067 0.058 755 0.065 最高使用温度1050 1050 650 注：硅酸钙板原料：硅质材料和石灰，制品中由硬硅钙石 (2) 隔热耐火材料 5. 耐火浇注料 耐火浇注料是不定型耐火材料中的一个主要品种，国外先进国家已大力推广和应用，我国十 分重视，正在加速发展。 耐火浇注料品种繁多，如轻质、超轻质、高强、耐碱等，视使用条件不同而有不同选择。 水泥窑用配套耐火材料，水泥窑型很多，有立窑（土立窑、机立窑）、中空干法窑、新型干 法窑、湿法窑等，而各种窑窑径大小差别显著，尽管如此，为了减少砖耗、节能和延长窑的运转 周期， 提高经济效益，应规范水泥窑用配套耐火材料。根据不同水泥窑型或同一窑型不同部位合 理选择。 耐火浇注料理化指标 分类粘土耐火浇注料 水泥耐火浇注料无机耐火浇注料 高铝水泥耐火浇注料 硅酸 盐水 泥耐 火浇 注料 磷酸盐耐火浇注料 水玻 璃耐 火浇 注料
