新型干法燒成系統(tǒng)抗磨損的新設(shè)備新材料

　　水泥工業(yè)是基礎(chǔ)工業(yè)中最重要的原材料工業(yè)之一，新型干法窯的出現(xiàn)為水泥工業(yè)的發(fā)展提供了先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)良的設(shè)備，進(jìn)入21世紀(jì)以來， 2000--2500t/d的大型新型干法窯尤如雨后春筍般在全國迅速發(fā)展起來， 5000t/d到10000t/d的新型干法窯也相繼出現(xiàn)。新型干法窯不斷向大型化發(fā)展，大型的新型干法窯一天的產(chǎn)量就相當(dāng)于幾臺或十幾臺濕法窯或立窯的產(chǎn)量，如何提高大型新型干法窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率是關(guān)系到水泥產(chǎn)量、質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的大問題，因此對與窯相配套的設(shè)備及耐火材料就提出了更高的要求。為了適應(yīng)這一新形勢，我公司采用了新理念、新途徑為水泥工業(yè)研究開發(fā)了幾種新設(shè)備、新材料提供給水泥界同行門參考。

　　1、日產(chǎn)2000t/d熟料以上的新型干法窯三次風(fēng)管上用的GHD高溫陶瓷風(fēng)閥
　　眾所周知進(jìn)入分解爐的三次風(fēng)，其風(fēng)量和風(fēng)速是保證分解爐內(nèi)燃料充分燃燒，提高碳酸鈣分解率的重要因素。因此新型干法窯三次風(fēng)管上的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，就是用來調(diào)節(jié)和控制進(jìn)分解爐的三次風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)速的重要設(shè)備，同時(shí)也是調(diào)節(jié)窯內(nèi)通風(fēng)量與分解爐用風(fēng)量，保證窯、爐風(fēng)量平衡的關(guān)鍵設(shè)備。過去由于沒有好的三次風(fēng)閥，大部分1000t/d以下的新型干法窯，三次風(fēng)管上都采用在風(fēng)管內(nèi)砌一個(gè)縮口的辦法來解決。這種辦法在窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是可以滿足工藝要求的，但在開、停窯或遇到掉窯皮、塌料等非正常情況時(shí)，由于窯和分解爐用風(fēng)量無法及時(shí)調(diào)整，這將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定性，繼而影響熟料的產(chǎn)量及質(zhì)量。因此2500t/d以上的新型干法窯三次風(fēng)管上，都裝有耐熱鋼閘閥。

　　2500t/d以上的新型干法窯，三次風(fēng)溫很高一般都在900—1100℃之間，同時(shí)在三次風(fēng)中含有大量熟料細(xì)粉，而閥體部位氣流速度又很高，因此對閥板的磨損作用非常嚴(yán)重，耐熱鋼閥板一般二三個(gè)月就會因變形或磨損而不能用了。就需要停窯更換閥板或整個(gè)風(fēng)閥，即浪費(fèi)人力和物力又影響生產(chǎn)。有的廠家在三次風(fēng)閥壞了之后，在原風(fēng)閥的位置上用耐火材料砌筑一個(gè)縮口來維持生產(chǎn)，其實(shí)這也是個(gè)誤區(qū)，當(dāng)窯在開、停時(shí)或遇到護(hù)掉窯皮、塌料等非正常情況時(shí)，也同樣對熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

　　耐熱鋼雖然有許多優(yōu)良的特性，但它的許用溫度與耐火材料相比仍是有很大差距的，在它的許用溫度之下，它具有很高的強(qiáng)度、不易氧化、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，但在超過或接近其許用溫度時(shí)它的特性會迅速下降，很容易變形、耐磨損性能也大大降低，使閥板很快損壞。而陶瓷耐火材料許用度一般都1400--1500℃以上，而三次風(fēng)溫度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陶瓷耐火材料的許用溫度，此時(shí)陶瓷耐火材料具有的耐磨性好，抗氧化、不變形等優(yōu)良特性就充分顯現(xiàn)出來了。為此我們急用戶之所急，研究開發(fā)了陶瓷耐火材料的三次風(fēng)閘閥。由于陶瓷材料耐火度及高溫下的耐磨性、抗氧化性、熱變形小等特性都優(yōu)于耐熱鋼制品，用陶瓷耐火材料制成的產(chǎn)品耐高溫、耐磨性好使用壽命長，不會因閥板變形而卡死閥體或因磨損嚴(yán)重使三次風(fēng)閥報(bào)廢，閥板可以使用一年以上，閥體可以使用十年左右，是目前三次風(fēng)管上調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)速較理想的設(shè)備。目前已有數(shù)十個(gè)廠家使用都取得良好的效果。

　　2、陶瓷內(nèi)筒在預(yù)熱器旋風(fēng)筒上的應(yīng)用
　　進(jìn)入21世紀(jì)以來我國水泥工業(yè)迅猛發(fā)展，日產(chǎn)2500噸、5000噸甚至10000噸熟料的預(yù)分解生產(chǎn)線在全國各地拔地而起。然而這些窯的預(yù)熱器內(nèi)筒至今仍采用耐熱鋼制造。而耐熱鋼在600—1000℃之間有較好的機(jī)械性能，當(dāng)使用溫大于1000℃時(shí)其機(jī)械性能大大降底，即使是王牌耐熱鋼Gr25Ni20最高使用溫度可以到1200℃，但在1000℃以上其機(jī)械性能也會大大降底，而預(yù)熱器內(nèi)筒特別4級及5級內(nèi)筒要長時(shí)間經(jīng)受800—1200℃高及高物料濃度氣流的沖刷，同時(shí)氣體中還有大量的K、Na、CL、S等有害份，這對耐熱鋼來講非常不利的。因此4級及5級內(nèi)筒使用耐熱鋼材料常常會因材料耐不了高溫而發(fā)生變形影響內(nèi)筒的通風(fēng)面積、掛接處斷裂掛板脫落或整個(gè)內(nèi)筒脫落堵塞下料管而被迫停窯，即使不發(fā)生上述現(xiàn)象也會因在高溫下機(jī)械性能的降底，變軟和受到Na腐蝕而很快破磨損，其使壽命也只有一年左右。

　　鑒于上術(shù)情況尋找一種更好材料來替代耐熱鋼就成為我們?yōu)樗喙I(yè)服務(wù)的企業(yè)一項(xiàng)義不容辭的工作。陶瓷材料它是耐火材料一種因此具有良好的高溫性，它具有耐高溫，它的耐火度一般都在1600℃以上其荷重軟化溫度也都在1400℃，這對預(yù)熱器內(nèi)800—1200℃是絕對沒有問題的，另外它耐磨性及抗氧化性也是耐熱鋼所無法此擬的。而且陶瓷內(nèi)筒的原材料資源豐富價(jià)格低，同規(guī)格窯內(nèi)筒的造價(jià)要比耐熱鋼內(nèi)筒低30--40 ％，我們知道熱鋼中的Ni和Gr都是重要的戰(zhàn)略物資，特別是Ni，，我國是缺Ni的國家，每都花大量的外匯來從國外進(jìn)口。如果采用陶瓷內(nèi)筒替代耐熱鋼內(nèi)筒每年可節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)耐熱鋼Gr25Ni20，以一條生產(chǎn)線每年內(nèi)筒用耐熱鋼6噸計(jì)，現(xiàn)在我國1110條新型干法生產(chǎn)線，一年就要消耗6660噸優(yōu)質(zhì)耐熱鋼Gr25Ni20，用采用陶瓷內(nèi)筒替代耐熱鋼內(nèi)筒可為企業(yè)為國家?guī)砭叽蠼?jīng)濟(jì)效益和予社會效益。

　　上世紀(jì)90年代末我們在有關(guān)科院所及專家的幫助和指導(dǎo)下開始研制開發(fā)陶瓷內(nèi)筒，經(jīng)過兩年多的反復(fù)試驗(yàn)，終于在2001年研制出陶瓷內(nèi)筒，由于陶瓷內(nèi)筒內(nèi)部有納米彌散相的存在，產(chǎn)生了優(yōu)異的強(qiáng)韌化效果，使其具有耐高溫、強(qiáng)度高、高溫時(shí)抗拉、抗折性能好、耐冷熱急變性能好等特點(diǎn)，得到科研部門及專家的肯定、并獲得國家專利。

　　本產(chǎn)品經(jīng)徐州霸王山水泥廠、杭卅水泥廠等多家試用證明納米陶瓷內(nèi)筒具有耐高溫、耐磨、不氧化、不變形、耐冷熱急變性能好1# 、2#、3# 使用一年后無任何變化，4#、5# 內(nèi)筒表面稍有磨損、再用3—5年是沒有問題的，實(shí)踐己證明了這一點(diǎn)2006年停窯檢查1# 2# 3# 4# 5#內(nèi)筒均完好無損，再用數(shù)年是完全可以的，但由于該廠已停產(chǎn)無法得到進(jìn)一步驗(yàn)證。與此同時(shí)為了適用于日產(chǎn)2500噸熟料及以上的大窯，我們又從提高耐冷熱急變性能、高溫抗拉強(qiáng)度及耐堿性等方面入手，不斷改變材料配方，及掛接方式，以更好的適用大型窯形旋風(fēng)筒內(nèi)筒。

    目前納米陶瓷內(nèi)筒以在浙江裕廊、遼寧撫順、杭州南方、湖北京蘭、永興等許多廠家推廣使用，都取得良好的經(jīng)效益及社會效益。實(shí)踐證明納米陶瓷內(nèi)筒生產(chǎn)工藝及安裝工藝己經(jīng)成熟，利用納米陶瓷內(nèi)筒的時(shí)代己經(jīng)到來，但我們決不滿足現(xiàn)狀，我們將與更受科研單位及專家及水泥生產(chǎn)廠家密切合作努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出質(zhì)量更高、更適應(yīng)市場的產(chǎn)品，為水泥工業(yè)的非速發(fā)展作出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

    3、回轉(zhuǎn)窯窯口的專用澆注料
　　新型干法窯由于沒有冷卻帶或冷卻帶很短，出窯熟料溫度很高一般在1300——1400℃，當(dāng)窯口部位的襯料接觸到熟料時(shí)，其襯料表面溫度迅速提高，接近熟料的溫度，而當(dāng)窯體旋轉(zhuǎn)后熟料不再接觸襯料時(shí)，襯料表面溫度會降到800-1000℃左右，與二次風(fēng)溫度接近，其溫差有500—600℃，這雖然算不上急冷急熱，但窯每轉(zhuǎn)一周這這種冷熱變化就有一次，每天就有幾千次的冷熱變化，對窯口襯料無疑也會有很大的破壞作用的，另外熟料也具有較高的硬度，對處在高溫狀態(tài)下的窯口襯料的磨損作用也是不允忽視的，在這種惡劣條件下工作的窯口襯料就需要有耐高溫、耐磨、抗冷熱急變性強(qiáng)及具有較高的高溫強(qiáng)度。

　　為使窯口襯料能達(dá)到上述要求，通常作法是選用高質(zhì)量的堿性磚、耐磨磷酸鹽磚等材料砌筑窯口，或選用高純度的氧化鋁骨料(白剛玉、棕剛玉)、高鋁細(xì)粉為原料做成低水泥澆注料。這些材料耐火度很高、強(qiáng)度高、氣孔率低、質(zhì)地很堅(jiān)硬耐磨性好，但忽略了材料抗冷熱急變性能差的缺點(diǎn)，因此使用時(shí)間不可能很長一般只有三四個(gè)月。我們知道任何材料都具有二重性，質(zhì)地堅(jiān)硬氣孔率低，耐磨性就好，反過來氣孔率低其抗冷熱急變性能就必然差，單從提高材料的密度、機(jī)械強(qiáng)度并不能解決問題，只有更新理念，另辟新徑才能開發(fā)出具有耐高溫、耐磨、抗冷熱急變性強(qiáng)及具有較高的高溫強(qiáng)度要求的窯口襯料。

　　我們在綜合上述分析的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了一種新的窯口專用澆注料，這種窯口澆注料即不用白剛玉、棕剛玉等優(yōu)質(zhì)原材料作骨料，Al2O3含量也只有80％左右，這種窯口澆注料有較好的抗冷熱急變性能和耐高溫性能，耐磨性雖比不上優(yōu)質(zhì)堿性磚或剛玉質(zhì)澆注料，但它在1300—1400℃左右時(shí)表面會產(chǎn)生少量的液相，與熟料中的細(xì)粉結(jié)合形成很薄的窯皮，起到了自身保護(hù)的作用。使堅(jiān)硬的熟料不直接磨到襯料本身，從而大大地提高口襯料的使用壽命，其使用周期可達(dá)一年以上，最長一個(gè)廠使用周期長達(dá)18個(gè)月。目前這一產(chǎn)品已在十幾省數(shù)十家企業(yè)中使用，都取得令人滿意的效果。

　　4、回轉(zhuǎn)窯燃燒器專用澆注料
　　燃燒器是熟料燒成的關(guān)鍵設(shè)備，它對回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量、質(zhì)量及運(yùn)轉(zhuǎn)率影響非常大。然而它處在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，環(huán)境非常惡劣，周圍氣體溫度很高一般可達(dá)1500——1600℃左右，而且由于燃燒器外風(fēng)風(fēng)速很高一般可達(dá)200——300m/s，甚至更高，因此在燃燒器的頭部周圍形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，將含有大量熟料細(xì)粉的二次風(fēng)以很高的速度吸到燃器噴口附近，它對燃燒器外面的襯料有很強(qiáng)的磨損作用，因此燃燒器表面澆注料應(yīng)具有較高的耐火度、較高的荷重軟化溫度及高溫耐磨性好，同時(shí)要便于澆注，流動(dòng)性要好。在這樣惡劣的條件下澆注料使用周期都比較短，一般只有二三個(gè)月，最多也只有四五個(gè)月，在這種情況下各耐火材料廠家都在努力尋求解決的途徑，并取得一定的效果。

　　我公司在總結(jié)各方面經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)上百次試驗(yàn)研究，開發(fā)的燃燒器專用澆注料已取得了可喜的成績，在數(shù)十條日產(chǎn)2500t/d噸熟料的新型干法窯上，使用周期己達(dá)到八個(gè)月，在十幾條日產(chǎn)5000t/d噸熟料的新型干法窯上，使用周期己超過六個(gè)月。我們?nèi)詫⒗^續(xù)努力探索，研究開發(fā)更優(yōu)良的產(chǎn)品，爭取在今后不長的時(shí)間內(nèi)，使回轉(zhuǎn)窯燃燒器專用澆注料的使用周期達(dá)到一年以上。

　　5、結(jié)束語
　　以上幾種產(chǎn)品是我公司近幾年在更新理念、另劈新徑的思想指導(dǎo)下研究開發(fā)的獨(dú)具特色的產(chǎn)品，為水泥工業(yè)解決了一些實(shí)際困難，今后我們將繼續(xù)努力研究開發(fā)更多、更好的產(chǎn)品，為水泥工業(yè)做更大的貢獻(xiàn)。