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1、前言水泥窑用耐火材料新产品的发展及其与运行工况的适应性贵州省建筑材料科学研究设计院彭能华一、在水泥生产过程中，要想保证窑的正常运转并延长运转周期，其正确、合理地选择及使用水泥窑用耐火材料和保温材料至关重要。不同类型、不同规格的水泥回转窑在不同的部位对耐火材料有不同的要求，因而必须根据运行工况的要求选用与之相匹配的耐火砖、耐火浇注料以及隔热保温材料。随着水泥煅烧工艺技术的发展，水泥窑用耐火材料发展也很快，一些耐火材料的新产品、新技术、新的使用方法相继开发出来并被广泛应用。本文旨在从水泥窑用耐火材料的发展和应用实践探讨其在水泥新工艺、新装备工况条件下的适应性，进而提出水泥窑用耐火材料选择和配套应遵
2、循的原则。二、预分解窑工艺特点及技术进展对耐火材料的要求1、预分解窑的热工特性对耐火材料的要求预分解窑由于碳酸盐分解过程大都在分解炉内完成，其热工特性与一般的回转窑有很大的区别。首先，预分解窑的固相反应集中，反应速度快，且为多质点进行。由于预分解窑入窑生料CaCO3分解率已达85%95%，在窑内首先进行固相反应，固相反应起始于800，而预分解窑窑尾烟气温度达到1000以上，就使得入窑物料固相反应比较集中，固相反应为放热反应，其放热量约为480500kJ/kg熟料，使入窑物料升温速度快，很快达到了烧成温度。因此预分解窑分解带、过渡带短，烧成带长。其次，回转窑的转速快，筒体转速为34r/min；入
3、窑二次风温高，在使用高效篦式冷却机后，二次风温可达到10001200，这就大大提高了预分解窑的煅烧温度，大型窑内火焰温度达1700以上，即使在小型窑内火焰温度也达1600；出窑物料温度高，窑口处窑气温度在11001400，这就要求烧成带和过渡带的窑衬必须满足以下要求：1易于挂好并维护好窑皮；2有足够的抗化学侵蚀能力；3有良好的热震稳定性；4在环境温度和使用温度下均有足够的力学强度；5有正确的砖型和尺寸。如果无窑皮保护，耐火砖极易因砖内温差应力太大而炸裂剥落。窑皮的导热系数为1.163w/mk，如能经常维持有150mm左右的窑皮，碱性砖的热面温度可维持在600700，热面层的膨胀率只有0.60.
4、7%，而无窑皮保护时，耐火砖热面层的膨胀率可达1.5%，将会造成窑衬内温差应力达6070MPa，超过砖的强度，导致砖开裂剥落。如何挂好和维护好窑皮，就必须在窑料成分、耐火砖成分和性能以及窑的设备条件和煅烧制度配合上下功夫。在冷却带由于出窑熟料和窑气温度高，又没有窑皮保护，熟料的磨蚀和气流的冲刷都很严重，则要求耐火砖的热震稳定性优良、耐磨性好。在过渡带特别是轮带附近的过渡带内，温度变化频繁，窑皮不易挂牢，时挂时掉，该部位窑衬的使用寿命有时甚至比烧成带还短，是全窑的薄弱环节。在预热器部位，由于碱的循环和富集，对该部位的耐火材料要求耐碱侵蚀性能好。预分解窑系统进一步降低了热耗指标，由1000kcal
5、/kg熟料降至725kcal/kg熟料，预热器和分解炉系统的性能和效率进一步完善和提高，出预热器废气温度由420降至300320，相应要求系统的散热损失小。这不仅降低热耗，更重要的是保持系统内温度，提高入窑物料分解率，有利于窑的热工制度稳定和安全运转。减少散热损失的关键是使用导热系数低、工作温度高的硬质硅酸钙板隔热材料，这不仅有利于保温，还将会使预热器系统的荷载降低。分解炉内，不同性能的原、燃料在此分解、燃烧；预分解窑系统的入窑物料分解率逐步增加，和早期的系统相比，预热器系统窑尾废气温度提高200以上，达到1200，因而碱、硫、氯等有害成分结皮堵塞的现象和部位有所增加。有的企业采用低劣质煤、工
6、业废燃料后，有害物质进一步增加，结皮堵塞现象进一步加剧。因此对于易结皮部位的衬料设计，不仅要考虑抗碱、硫、氯等有害成分的侵蚀，还应考虑采用抗结皮衬料；如SiC等。但由于SiC材料的导热系数为46.5w/mk，远高于导热系数为1w/mk的耐碱砖，因此与SiC衬料配套的金属锚钉和锚固件（导热系数高，锚固件更易温度高！）应考虑承受高温和抗碱、硫、氯等有害成分侵蚀的工况条件，相应地对此部位的保温材料的导热系数和使用温度的要求也要进一步提高。在使用多通道燃烧器及无烟煤的分解炉内，易产生局部高温，该部位衬料不仅要抗碱侵蚀、防结皮，还需承受较高的温度，对耐火砖的品质要求进一步提高，要求耐碱砖的使用温度和强度
7、较高。另外为减少NOx的排放量，采用局部还原气氛燃烧，耐火材料内Fe2O3的含量要有所限制，要求小于1.5%。2回转窑随着新型干法工艺技术的进展，入窑物料分解率逐步增加，窑的长度有所缩短，长径比L/D从大于15下降到1011，转速从3r/min逐步提高到4r/min以上，窑的单位容积产量从2.5t/m3d提高至5t/m3d以上，运转率逐步提高，机械设计和制造技术的进一步完善，原、燃料应用面的扩大，造成回转窑内衬砖损坏的原因也在变化。由于机械应力造成的损坏减小，而热应力和化学侵蚀损坏有较大增长。这就需要品质优良的耐火制品与之配套使用。3其它刚高效劫率的历充气肃梁篦血式冷喘却机塔逐步忆取代勉厚料符
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