隔熱硅剛玉磚在回轉(zhuǎn)窯中的應(yīng)用

　　一、長效節(jié)能是內(nèi)襯耐火材料開發(fā)和創(chuàng)新的主題

　　上世紀(jì)90年代我國水泥工業(yè)飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝全面變革，淘汰舊的立窯生產(chǎn)方式，窯外分解干法生產(chǎn)線開始唱主角?；剞D(zhuǎn)窯的主要內(nèi)襯材料多以鎂質(zhì)產(chǎn)品、磷酸鹽系列和抗剝落高鋁制品為主，使用壽命一般在6-8個(gè)月。進(jìn)入二十一世紀(jì)，水泥工業(yè)做大做強(qiáng)成為發(fā)展主旋律，集團(tuán)化經(jīng)營模式遍布全國。隨著回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展，內(nèi)襯材料也在不斷的變革中促進(jìn)著窯齡延長，由半年周期增加到一年周期。目前，水泥回轉(zhuǎn)窯的前后過渡帶和分解帶，多數(shù)企業(yè)選用的是尖晶石磚和硅莫系列制品，基本上保證了窯齡的同步檢修和滿足一年一次的周期計(jì)劃。然而，如何在原有基礎(chǔ)上節(jié)能降耗，如何抑制堿性制品的超高熱導(dǎo)率和較差的熱震穩(wěn)定性，更好的保護(hù)筒體設(shè)備，進(jìn)一步提高水泥企業(yè)的整體效益，已成為水泥行業(yè)增效節(jié)能的重要議題。

　　鄭州中本窯爐材料有限公司長期致力于回轉(zhuǎn)窯過渡帶“長效節(jié)能”產(chǎn)品的研制與開發(fā)。2012年推出的隔熱硅剛玉磚以嶄新的工藝和優(yōu)良的品質(zhì)成為大中型回轉(zhuǎn)窯過渡帶和分解帶的首選。它選擇黑剛玉和特級(jí)莫來石作為基礎(chǔ)材料，以碳化硅和鋯英石作為輔助材料，加入添加劑和復(fù)合結(jié)合劑以高壓成型，采用半還原氣氛高溫?zé)Y(jié)的特殊工藝，使制品具有更高的耐磨性能和抗熱震性能，較之尖晶石磚和硅莫磚更具備長效節(jié)能的品質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。另外，隔熱硅剛玉磚在非工作面嵌入了一定厚度的高溫陶瓷纖維板，在保留足夠強(qiáng)度不影響使用壽命的基礎(chǔ)上使整體導(dǎo)熱系數(shù)大大降低，有效阻隔了熱量向筒體的大量傳遞。不但保護(hù)了筒體設(shè)備，還減輕了設(shè)備荷重，降低了煤耗，提高了熱能有效利用率。如圖所示：

　　二、隔熱硅剛玉磚與其它制品的理化性能特點(diǎn)分析與對比

　　1.耐磨、耐熱震、導(dǎo)熱性能均優(yōu)于尖晶石磚。

　　尖晶石磚做為改良的堿性材料，繼承了荷軟高、抗浸蝕性良好的堿性制品特點(diǎn)，相對提高了耐壓強(qiáng)度，但同時(shí)存在熱震差、導(dǎo)熱系數(shù)高和耐磨性能明顯不足的缺點(diǎn)。隔熱硅剛玉磚強(qiáng)度是尖晶石磚的1.5-2倍，熱震次數(shù)（水冷1100℃）是尖晶石磚的2-3倍（見附表），導(dǎo)熱率低于尖晶石磚1倍以上，優(yōu)良的物理指標(biāo)從根本上改變了回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)行過程中的工況環(huán)境。

　　如圖所示：

　　首先，較高的耐壓強(qiáng)度是抵抗回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)力的重要因素。在開停窯過程中剪切力對制品影響巨大，極易將在高溫狀態(tài)下工作的內(nèi)襯制品擠壓致其斷裂甚至掉磚垮窯，造成企業(yè)停產(chǎn)修補(bǔ)的損失。同時(shí)，耐壓強(qiáng)度的高低也是評判耐磨性能好壞的重要因素，強(qiáng)度越高其耐磨性能越好。作為隔熱硅剛玉制品的主要材料--剛玉和碳化硅均屬于高耐磨材料，合成煅燒后的制品具有優(yōu)良的高耐磨性能，其磨蝕量遠(yuǎn)低于堿性制品（按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18301-2001》檢驗(yàn)隔熱硅剛玉制品的單位時(shí)間磨蝕量小于3.2cc）。

　　其次，優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性是隔熱硅剛玉磚的一大特點(diǎn)。隔熱硅剛玉磚在高溫下不易剝落和炸裂，較低的氣孔率不僅來自于制品自身的級(jí)配結(jié)構(gòu)，同時(shí)借助于制品在高溫下形成的釉面對顯氣孔的封閉，這種釉面不僅阻礙了有害氣體對制品的滲透和破壞，還在一定程度上增加了制品的韌性。觀察殘磚可以發(fā)現(xiàn)，尖晶石磚的有害滲透一般20mm，而隔熱硅剛玉磚的滲透不會(huì)超過5mm。也就是說，尖晶石磚每次剝落層厚一般在2-3cm，而隔熱硅剛玉磚不會(huì)一層一層的剝落，只會(huì)在平整的磨損中一點(diǎn)點(diǎn)減少制品高度。

　　減少熱損失方面，隔熱硅剛玉磚更具有不可替代的優(yōu)良品質(zhì)。堿性制品的熱導(dǎo)率高，在耐火制品中相對中性材料是十分明顯的，它是熱能損失的主要因素，也是導(dǎo)致紅窯造成回轉(zhuǎn)窯變形的主要原因。"長效節(jié)能"首先是保證熱能的使用效率，減少熱排放，阻隔熱流失，從而降低燃料消耗。隔熱硅剛玉磚不僅具備中性材料較低的熱傳導(dǎo)性能，高溫陶瓷纖維板在內(nèi)襯材料和筒體間形成斷熱層，其熱導(dǎo)率小于0.1w/m·k，是十分優(yōu)良的高溫隔熱材料，為節(jié)能降耗提供了重要保證。

　　另外，良好的體積穩(wěn)定性也是隔熱硅剛玉磚的顯著特點(diǎn)。堿性制品由于膨脹系數(shù)較大，在高溫下的熱應(yīng)力容易使制品相互擠壓造成炸頭剝落。隔熱硅剛玉磚的膨脹系數(shù)相對較小，高溫下由于體積穩(wěn)定而不降低使用強(qiáng)度，增強(qiáng)了抗沖刷和耐磨性能。

　　同時(shí)，密度適中也是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯選擇不可遺忘的條件。堿性制品與隔熱硅剛玉制品相比，其比重相差10%（尖晶石3.0，隔熱硅玉磚2.7）。也就是說同樣體積的內(nèi)襯，隔熱硅剛玉磚要比尖晶石磚減少10%的重量，也相對減輕了設(shè)備荷載。[Page]

　　2.與傳統(tǒng)復(fù)合磚相比，隔熱硅剛玉制品的使用壽命更長，更穩(wěn)定。

　　近年來，硅莫系列制品以良好的熱震穩(wěn)定性、耐磨性和強(qiáng)度大等特點(diǎn)普遍在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)使用，效果確實(shí)優(yōu)于其它制品。但隨著回轉(zhuǎn)窯內(nèi)徑的擴(kuò)大和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的增加，對內(nèi)襯材料"長效節(jié)能"的需求更高。以Φ4.8*74m回轉(zhuǎn)窯為例，目前大部分企業(yè)將硅莫系列產(chǎn)品使用在30m甚至35m以后，而在22m－30m處則普遍被認(rèn)為是最易損壞的部位，既無窯皮保護(hù)又有高溫沖刷和廢氣浸蝕的工況環(huán)境，要求內(nèi)襯制品具有更優(yōu)良的品質(zhì)做保證，硅剛玉磚于2010年在山東博山水泥公司回轉(zhuǎn)窯23m－32m處試用12個(gè)月，修窯時(shí)發(fā)現(xiàn)殘磚磨蝕平整，厚度在130m－150mm之間，其耐磨和抗沖刷性能優(yōu)良。

　　探索長效節(jié)能產(chǎn)品一直以來是耐材企業(yè)的追求，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯隔熱產(chǎn)品也曾相繼投放市場，從高鋁復(fù)合磚到磷酸鹽復(fù)合磚，甚至也推出過尖晶石復(fù)合磚，均由于保溫層的選擇困難或復(fù)合困難而失去市場。究其原因，一是產(chǎn)品強(qiáng)度對隔熱部分的支持不夠，二是保溫部分起不到預(yù)期的隔熱效果，也就是說長效和節(jié)能不能同步并舉。隔熱硅剛玉磚則不同，它以高強(qiáng)高耐磨性能維持"長效"，延長使用周期；又以最佳隔熱材料支持"節(jié)能"，做到了合二為一的實(shí)用效果。

　　隔熱硅剛玉磚與耐磨復(fù)合磚對比：

　　三、隔熱硅剛玉磚在回轉(zhuǎn)窯中的實(shí)際應(yīng)用

　　筒體掃描顯示，相同的工況環(huán)境下，隔熱硅剛玉磚與硅莫磚和尖晶石磚相比，筒體溫度可降低40-70℃，溫差波動(dòng)范圍降低3倍以上，對保護(hù)筒體設(shè)備起到了良好的作用。

　　隔熱硅剛玉磚在推廣應(yīng)用過程中，公司技術(shù)人員進(jìn)行了全程跟蹤服務(wù)。下面是威頓水泥集團(tuán)公司三號(hào)線使用隔熱硅剛玉磚在不同階段的溫度掃描。

　　圖一．升溫階段

　　圖二．投料后24小時(shí)

　　圖三．正常生產(chǎn)一周后

　　過渡帶既是工況環(huán)境最惡劣的地方，也是筒體表面溫度的最高點(diǎn)。從工作人員現(xiàn)場拍攝的照片可見，使用隔熱硅剛玉磚的部位其溫度從始至終都是筒體的最低點(diǎn)，從過渡帶（使用隔熱硅剛玉磚）、分解帶（使用的硅莫紅磚）以及預(yù)熱帶（使用硅莫磚）在升溫和正常運(yùn)行過程中的溫度變化對比可知：使用隔熱硅剛玉磚的部位筒體溫度從圖一的204℃到圖三的267℃共升高了63℃；而使用硅紅莫磚和硅莫磚的部位筒體溫度分別升高了99℃和89℃。為了更準(zhǔn)確的測試隔熱硅剛玉磚的隔熱保溫功效，工作人員在使用隔熱硅剛玉磚、硅莫紅磚和硅莫磚的部位各取了20個(gè)溫度點(diǎn)并計(jì)算其平均值，對比發(fā)現(xiàn)，使用硅莫紅磚的部位上升了74℃，使用硅莫磚的部位上升了86℃，而使用隔熱硅剛玉磚的部位僅上升了33℃，比其它產(chǎn)品降低筒體溫度40℃以上。對比原始記錄中使用尖晶石磚的筒體溫度，更是降低了80℃以上，從圖一至圖三的分析可以看出，在正常運(yùn)行中，使用硅莫紅磚和硅莫磚的部位溫度波動(dòng)差分別是33℃和22℃左右，而使用隔熱硅剛玉磚的部位溫度差僅8℃，說明隔熱硅剛玉磚在降低筒體溫度的同時(shí)，也使筒體溫度波動(dòng)很小，不僅起到了隔熱保溫、節(jié)能降耗的作用，還保證了設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　總述：隔熱硅剛玉制品使回轉(zhuǎn)窯壽命周期延長30%-50%，筒體溫度比硅莫制品降低30-50℃，比尖晶石磚降低50-80℃，讓回轉(zhuǎn)窯設(shè)備不再發(fā)生紅窯現(xiàn)象，同時(shí)減輕了設(shè)備荷載。

　　根據(jù)國家權(quán)威部門的資料和數(shù)據(jù)顯示：水泥回轉(zhuǎn)窯筒體每降低1℃，每公斤熟料將節(jié)約5.4KJ熱量（每公斤標(biāo)煤約有7000大卡熱量，1大卡≈4.184千焦），通過計(jì)算可以得出，由尖晶石磚改為隔熱硅剛玉磚使用時(shí)（平均降低筒體溫度60℃計(jì)算），每噸熟料節(jié)約原煤11kg左右；由硅莫磚改為隔熱硅剛玉磚使用時(shí)（平均降低筒體溫度40℃計(jì)算），每噸熟料可節(jié)約7.37kg原煤。即每年（按300天計(jì)算）每條5000t/d生產(chǎn)線分別可節(jié)約標(biāo)煤1.1萬噸和1.65萬噸，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。當(dāng)然，這有賴于全線均采用"長效節(jié)能"制品，局部更換節(jié)能降耗效果會(huì)相應(yīng)減弱。

　　目前水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶內(nèi)襯壽命周期一般在8-12個(gè)月，而憑借隔熱硅剛玉磚高強(qiáng)度和高耐磨性能的支撐，加上對筒體溫度不再擔(dān)心，在前后過渡帶使用壽命將會(huì)延長到16-24個(gè)月，比其它制品將延長1.3-1.5倍壽命周期，對筒體的保護(hù)和設(shè)備正常平穩(wěn)運(yùn)行的保障更是不可忽略。

　　隔熱硅剛玉磚系列產(chǎn)品的試用推廣，離不開廣大水泥企業(yè)尤其是新老客戶的大力支持和協(xié)作。目前，系列產(chǎn)品正在太原智海企業(yè)集團(tuán)、山西威頓水泥企業(yè)集團(tuán)、河南永安水泥公司等大中型水泥企業(yè)試用推廣中。我們堅(jiān)信，隨著隔熱硅剛玉磚系列產(chǎn)品的不斷研發(fā)推廣，回轉(zhuǎn)窯“長效節(jié)能”的目標(biāo)規(guī)劃一定會(huì)落到實(shí)處，使企業(yè)效益和社會(huì)綜合效益得到提升。

　　鄭州中本窯爐材料有限公司 研發(fā)部

　　技術(shù)顧問：韓明軍

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