過(guò)渡帶用耐火材料

　? 一、水泥窯過(guò)渡帶工作環(huán)境及對(duì)耐火材料的性能需求

　　1、水泥窯過(guò)渡帶環(huán)境

　　水泥窯過(guò)渡帶環(huán)境溫度較高，入窯后的物料進(jìn)行充分加熱，但未能達(dá)到燒成狀態(tài)，受燒成帶影響，過(guò)渡帶處于熱工不穩(wěn)定狀態(tài)。

　　由于過(guò)渡帶溫度波動(dòng)大，熟料內(nèi)部液相量少、液相粘度不夠，造成窯皮時(shí)長(zhǎng)時(shí)消，粘掛不牢，使襯磚長(zhǎng)期裸露在高溫環(huán)境之中，直接經(jīng)受高溫熟料的沖擊和磨損。

　　窯襯與水泥熟料中熔體、硅酸鹽低熔物、窯氣中K2O、SO2、KCl等組分對(duì)高溫裸露襯磚的滲透、化學(xué)侵蝕，在溫度梯度和侵蝕層濃度梯度的作用下，襯磚變質(zhì)層出現(xiàn)致密化，發(fā)生結(jié)構(gòu)層變化，當(dāng)窯內(nèi)溫度場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力作用下，

　　變質(zhì)結(jié)構(gòu)層極易發(fā)生開(kāi)裂、脫落。

　　由于過(guò)渡帶溫度場(chǎng)容易受噴煤管及燃料變化的影響而不斷的變化，耐火材料在反復(fù)的溫場(chǎng)變化時(shí)，容易出現(xiàn)熱疲勞現(xiàn)象，一般材料承受不了由于溫度場(chǎng)變化引起的急冷急熱，導(dǎo)致了過(guò)渡帶襯磚出現(xiàn)損壞。

　　由于過(guò)渡帶溫度場(chǎng)容易受噴煤管及燃料變化的影響而不斷的變化，耐火材料在反復(fù)的溫場(chǎng)變化時(shí)，容易出現(xiàn)熱疲勞現(xiàn)象，一般材料承受不了由于溫度場(chǎng)變化引起的急冷急熱，導(dǎo)致了過(guò)渡帶襯磚出現(xiàn)損壞。所以，水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶對(duì)耐火材料，不僅要有較高的強(qiáng)度以抵御機(jī)械應(yīng)力，較強(qiáng)的抗熱震穩(wěn)定性以防止熱疲勞損害，還要有良好的高溫性能和抗侵蝕性。

　　2、水泥窯過(guò)渡帶對(duì)耐火材料性能要求

　　2.1、耐高溫性能要求：水泥窯過(guò)渡帶處于高溫環(huán)境中，耐火材料需要具備優(yōu)異的耐高溫性能，能夠承受1300℃以上高溫。

　　2.2、耐熱震性能要求：水泥窯過(guò)渡帶經(jīng)常發(fā)生冷熱交替，因此耐火材料需要具有良好的耐熱震性能，能夠抵抗突然變化的溫度和熱應(yīng)力。

　　2.3、耐侵蝕性能要求：水泥生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量酸性氣體和堿性氣體，這些氣體容易侵蝕過(guò)渡帶耐火材料。因此，過(guò)渡帶用耐火材料需要具備優(yōu)異的耐侵蝕性能。

　　2.4、氧化還原性能要求：水泥生產(chǎn)過(guò)程中存在一定程度的氧化還原反應(yīng)，因此過(guò)渡帶用耐火材料需要具備較好的氧化還原性能，不易被氧化或還原。

　　2.5、良好的耐磨性要求：水泥生產(chǎn)過(guò)程中，窯料在過(guò)渡帶上不斷滾動(dòng)和磨損，因此耐火材料需要具有良好的耐磨性能，能夠承受長(zhǎng)期的摩擦和磨損。

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　 二、水泥窯過(guò)渡帶耐火材料的選擇

　　根據(jù)以上水泥窯對(duì)耐火材料的要求，可以選擇鎂鋁尖晶石磚、硅莫磚、高鋁磚、碳化硅磚等耐火材料作為水泥窯過(guò)渡帶的襯里材料。

　　鎂鋁尖晶石磚因與水泥熟料的主成分都屬于堿性材料，所以具有優(yōu)異的抗侵蝕性能，由于添加了鎂鋁尖晶石，可以獲得熱震穩(wěn)定性，所以一直被奧鎂、雷法等國(guó)外企業(yè)推薦應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶;

　　硅莫磚也可適用于5000t/d以下水泥回轉(zhuǎn)窯。從環(huán)保節(jié)能角度，也可推薦用復(fù)合結(jié)構(gòu)硅莫磚;

　　硅莫磚與鎂鋁尖晶石磚相比較具有導(dǎo)熱系數(shù)低，熱震穩(wěn)定性好、性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì);鎂鋁尖晶石磚與硅莫磚相比較具有抗侵蝕性能更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和導(dǎo)熱率高的劣勢(shì)，在系統(tǒng)處理垃圾水泥回轉(zhuǎn)窯上，鎂鋁尖晶石磚的抗堿硫侵蝕效果更好，所以在大型回轉(zhuǎn)窯，從安全系數(shù)考慮，仍大多采用鎂鋁尖晶石磚進(jìn)行砌筑。整體上，硅莫磚因性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)有替代鎂鋁尖晶石磚在水泥回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用的趨勢(shì)。

　　高鋁磚具有高溫抗侵蝕性、耐熱震性和耐磨性能優(yōu)異;鎂磚具有較好的耐高溫性能和耐侵蝕性能;碳化硅磚則具有較好的耐高溫性能和耐熱震性能。

　　在選擇水泥窯過(guò)渡帶耐火材料的時(shí)候要根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇不同的耐火材料組合使用，以達(dá)到最佳的耐用性能。同時(shí)，選用耐火材料時(shí)還需考慮其成本、加工性能和可靠性等方面的因素。

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　　根據(jù)水泥窯過(guò)渡帶的工況環(huán)境，水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶對(duì)耐火材料，不僅要有較高的強(qiáng)度以抵御機(jī)械應(yīng)力，較強(qiáng)的抗熱震穩(wěn)定性以防止熱疲勞損害，還要有良好的高溫性能和抗侵蝕性。而鎂鋁尖晶石磚適合水泥窯過(guò)渡帶使用。

　　一、鎂鋁尖晶石磚特點(diǎn)

　　鎂鋁尖晶石磚是以方鎂石及尖晶石為主要礦物的高檔堿性耐火材料，經(jīng)高壓成型、高溫?zé)Y(jié)而成，同時(shí)添加改善制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特定礦化劑的制品，還可根據(jù)使用工況和具體理化指標(biāo)定制。

　　鎂鋁尖晶石磚的特點(diǎn)是常溫耐壓強(qiáng)度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、熱震穩(wěn)定性好、抗侵蝕能力強(qiáng)、耐磨性好、抗剝落性能強(qiáng)。

　　二、真金生產(chǎn)的鎂鋁尖晶石磚在過(guò)渡帶的應(yīng)用

　　ZJMA-6適用于石灰窯及2500-5000t/d水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶

　　ZJMA-7適用于5000-7500t/d水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶

　　ZJMA-8適用于7500t/d以上水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶

　　四、真金鎂鋁尖晶石磚的理化指標(biāo)

　　1、高溫影響

　　過(guò)渡帶環(huán)境溫度較高，此處物料溫度為1000℃~1300℃，氣體溫度為1400℃~1600℃，入窯后的物料雖進(jìn)行充分加熱，但未能達(dá)到燒成狀態(tài)，受燒成帶影響，過(guò)渡帶處于熱工不穩(wěn)定狀態(tài)，窯皮時(shí)長(zhǎng)時(shí)消，導(dǎo)致窯襯直接暴露在高溫環(huán)境下。

　　2、化學(xué)侵蝕

　　水泥熟料中熔體、煤灰中的硅酸鹽低熔物、K2O，SO2、KCl等揮發(fā)性組分直接對(duì)耐火磚表面侵蝕、滲入，在溫度梯度和侵蝕層濃度梯度的作用下，結(jié)構(gòu)層發(fā)生變化。隨著時(shí)間的推移和溫度場(chǎng)發(fā)生改變，變質(zhì)結(jié)構(gòu)層極易發(fā)生開(kāi)裂、脫落。

　　3、噴煤管及燃料變化

　　過(guò)渡帶溫度場(chǎng)容易受噴煤管及燃料變化的影響而不斷的變化。

　　噴煤管火焰形狀受煤粉的粒度、灰分成分、揮發(fā)分含量及噴出速度等影響。噴煤管內(nèi)外風(fēng)調(diào)整不當(dāng)，送煤風(fēng)機(jī)風(fēng)壓過(guò)大、二次風(fēng)溫過(guò)低等，使煤粉燃燒速度低于煤粉顆粒在窯內(nèi)的前進(jìn)速度會(huì)導(dǎo)致煤粉后燃，導(dǎo)致熱工不穩(wěn)定。

　　耐火材料在反復(fù)的溫場(chǎng)變化時(shí)，容易出現(xiàn)熱疲勞現(xiàn)象，一般材料承受不了由于溫度場(chǎng)變化引起的急冷急熱，導(dǎo)致了過(guò)渡帶襯磚出現(xiàn)損壞。

　　4、機(jī)械力

　　由于回轉(zhuǎn)窯筒體在支撐點(diǎn)之間存在一定的傾斜度，隨著回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)同步的周期性彎曲。

　　三組拖輪的回轉(zhuǎn)窯采用的是非靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)各個(gè)拖輪組因溫度差異有不同的膨脹量時(shí)，將使窯筒體的同軸度出現(xiàn)偏差，產(chǎn)生較大的附加荷載。尤其在惡劣天氣或者突然停電時(shí)，會(huì)造成窯筒體因上下受熱不均出現(xiàn)較大的彎曲變形，使窯內(nèi)的耐火磚承受較大的擠壓應(yīng)力，超出耐材承受力時(shí)，耐材出現(xiàn)斷裂，甚至整體移位。

　　1、針對(duì)高溫影響的解決方法

　?、賰?yōu)化窯內(nèi)氣體流動(dòng)：改變氣流分布或加裝導(dǎo)流板等措施，使過(guò)渡帶附近的高溫氣體得到更好的排放和分散。

　?、?控制入窯的物料：通過(guò)調(diào)整窯內(nèi)的進(jìn)料量、進(jìn)料速度和配比，使物料在進(jìn)入過(guò)渡帶之前充分燒結(jié)。

　?、?加強(qiáng)窯襯的保護(hù)措施：選擇高耐火性能的窯襯材料，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮穸仍O(shè)計(jì)，以增強(qiáng)其抵御高溫侵蝕的能力。

　　2、 受化學(xué)侵蝕影響的應(yīng)對(duì)策略

　　① 選擇耐蝕性能好的耐材：選擇具有較強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性和抗侵蝕性能的耐火材料，以減少受到化學(xué)物質(zhì)侵蝕的程度。

　?、?控制窯內(nèi)氣氛：調(diào)整窯內(nèi)氧氣含量、氣氛成分以及燃燒溫度等，控制有害氣體的生成和濃度，減少對(duì)耐火磚的侵蝕作用。

　?、鄱ㄆ谇謇砀G內(nèi)積聚的熔渣和殘留物，以減少其對(duì)耐火材料的侵蝕。同時(shí)，進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，及時(shí)修復(fù)受損的部分，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命。

　?、?通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、氣氛和化學(xué)成分等參數(shù)，及時(shí)調(diào)整窯的操作條件，保持穩(wěn)定的燃燒和生產(chǎn)環(huán)境，減少化學(xué)侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

　　3、 針對(duì)噴煤管及燃料變化的解決方法

　?、?使用優(yōu)質(zhì)燃煤，降低硫及其他有害成分含量，灰分小于27%，揮發(fā)分大于25%，發(fā)熱量大于21MJ/kg(大于5000 kcal/kg)/、全硫小于3%的優(yōu)質(zhì)的焦煤，氣煤、弱粘煤、不粘煤等

　?、?控制噴煤管內(nèi)外風(fēng)調(diào)整，監(jiān)控好噴煤管火焰形狀和長(zhǎng)度。

　　噴煤管伸入部分超越下料口1~1.5米較理想在這個(gè)范圍內(nèi)風(fēng)、煤混合最理想，火焰完整，窯內(nèi)清晰易看，操作易控制，結(jié)的前圈位置也易燒。

　　4、 針對(duì)機(jī)械力影響的解決方法

　?、?使用高強(qiáng)度、抗熱膨脹性能好的材料，以減小溫度差異引起的膨脹量不同造成的問(wèn)題。

　?、?調(diào)整輪帶間隙至合適寬度，在窯運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，定期檢查和維護(hù)拖輪組件，確保各組拖輪的同軸度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

　　綜上減少過(guò)渡帶耐材損壞方法中，通過(guò)人工的干預(yù)就可解決的方法有優(yōu)化氣體流動(dòng)、控制窯內(nèi)氣氛、定期清理熔渣、使用優(yōu)質(zhì)燃煤，控制入窯物料的的指標(biāo)以及把控風(fēng)、煤、料的匹配。對(duì)于那些生產(chǎn)中難以控制的現(xiàn)象，調(diào)整過(guò)渡帶窯體耐材是解決問(wèn)題至關(guān)重要的一步。

　　考慮到水泥窯過(guò)渡帶熱工穩(wěn)定性差，化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，易受燃料和噴煤管影響的特殊工況，目前比較常用的一種堿性耐材是鎂鋁尖晶石耐火磚。

　　鎂鋁尖晶石磚通過(guò)優(yōu)化耐材的組織結(jié)構(gòu)，將影響穩(wěn)定性的SiO2和Fe2O3降低到合理范圍，提高了抗侵蝕性能。此外，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，磚內(nèi)能原位生成尖晶石，并利用反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的微裂紋提高其熱震穩(wěn)定性和抗壓性。通過(guò)調(diào)整原材料基質(zhì)與顆粒，根本上解決了普通鎂鋁磚原有荷軟溫度低的問(wèn)題。

　　真金生產(chǎn)的鎂鋁尖晶石磚在華新6500T/D大窯中的安全使用周期達(dá)到456天。自此之后，華新14條以上的5000T/D大窯的過(guò)渡帶全部采用“真金牌”鎂鋁尖晶石磚，在運(yùn)行周期上都超過(guò)12個(gè)月。這就使得過(guò)渡帶和燒成帶的窯襯能夠保持同步運(yùn)行。