創(chuàng)新技術 創(chuàng)新服務 積極推動我國水泥工業(yè)的低碳綠色發(fā)展
淄博市魯中耐火材料有限公司始建于1979年，2002年改制成為股份制企業(yè)，現(xiàn)已發(fā)展成為集產品研發(fā)、設計、生產、銷售、物流及配套服務于一體的多元化、高性能耐火材料集團公司。企業(yè)注冊資本5000萬元，資產總額6.8億元，在山西、寧夏、新疆分別建有原料生產和加工基地，耐火材料年產能達20多萬噸，成為水泥、化工、有色、冶金等行業(yè)上百家企業(yè)的優(yōu)秀供應商，產品遠銷多個國家和地區(qū)?！奥櫋弊制放票徽J定為山東省著名商標。中國建筑材料聯(lián)合會和中國水泥協(xié)會聯(lián)合授牌“鎂鐵鋁尖晶石磚生產基地”，國家建材測試中心認定綠色建筑選用產品證明商標。中國建筑材料聯(lián)合會、中國耐火材料行業(yè)協(xié)會、山東省信譽評級委員會評定：企業(yè)信用等級評價AAA級。
淄博市魯中耐火材料有限公司是山東省高新技術企業(yè)，中國耐火材料協(xié)會的骨干企業(yè)、理事單位，中國建筑材料聯(lián)合會、中國水泥協(xié)會會員單位，，淄博市高性能耐火材料產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長單位。2006年組建了“山東省耐火材料工程研究中心”，2011年被國家發(fā)改委批準升級為“耐火材料國家和地方聯(lián)合工程研究中心”，2014年被淄博市認定為“企業(yè)技術中心”。先后承擔了國家科技支撐計劃、國家產業(yè)振興和技術改造專項、“863”項目、國家自然科學基金、國家科技新產品計劃等多項重大科技攻關項目。公司產品擁有國家專利19項，其中發(fā)明專利10項，尚有4項國內發(fā)明專利和3項國際發(fā)明專利申請正在受理中。企業(yè)起草制定行業(yè)標準6項，獲得多項省部級科技進步獎。
公司擁有一大批先進的的工藝裝備、試驗檢測設備。主要生產設備有：自控天然氣隧道窯、自動液壓成型機、裝卸機器人、燒成回轉窯、粉磨設備、自動配料系統(tǒng)和大型電爐等；試驗檢測儀器設備主要有進口美國FEI超高分辨率掃描電鏡（Nova NanoSEM450）、德國BRUKER X射線熒光光譜儀（S8 TIGER）、X射線衍射儀（D8 ADVANCE）等高端試驗檢測設備以及XG-3002N/C無損探傷機、Ф1000mm×3500mm×200MPa等靜壓機、電加熱真空爐、電磁感應碳管爐、常溫耐壓試驗機、常溫抗折試驗機、荷重軟化試驗機、激光粒度分析儀等，精確的計算機配料、恒溫干燥、全自動燒成、無損探傷等先進的生產和檢測設備。先進的科研儀器設備和檢測手段為研制高技術耐火材料提供了強有力的基礎設施保障。
近年來，公司秉承“品質有恒，互利共贏”的經營理念，以實現(xiàn)耐火材料“節(jié)能、環(huán)保、輕量化、長壽命”為指引，以促進我國水泥工業(yè)低碳綠色發(fā)展為己任，立足創(chuàng)新，在技術品質、服務模式兩大方面均取得了長足的進步。
一、第二代新型干法水泥工藝耐火材料成套節(jié)能環(huán)保新技術
根據國家“十二五”規(guī)劃中節(jié)能減排要求，以及關于“第二代新型干法水泥工藝”技術要點，我公司成功地開發(fā)了一系列節(jié)能、環(huán)保、長壽命耐火材料并提出了“水泥生產用耐火材料成套節(jié)能環(huán)保新技術”。該項技術推廣后可徹底實現(xiàn)水泥生產流程耐火材料的無鉻化，每千克水泥熟料熱耗可望達到降低20千焦的目標，為水泥企業(yè)的節(jié)能降耗、產品質量的提高、生產成本的降低提供了堅實保障。
該成套技術的耐火材料配置如圖1和表1。
圖1 “水泥生產用耐火材料成套節(jié)能環(huán)保新技術”耐火材料配置
表1 “水泥生產用耐火材料成套節(jié)能環(huán)保新技術”耐火材料配置表
（一）預熱器、分解爐
1、低導熱耐堿磚DNJ-30替代高強耐堿磚RK-H、低導熱抗剝落磚DDR-45替代抗剝落高鋁磚KBL-70
目前我公司研發(fā)的的新產品——低導熱耐堿磚DNJ-30，是在原有產品基礎上的進一步完善和提高，除具有原有的性能以及優(yōu)良的抗堿侵蝕、抗沖刷性能外，還降低了其導熱性能、減輕了重量。
圖2 預熱器、分解爐用新型材料的對比
從以上圖片來看，經過1100℃*24h的耐堿性實驗，本次研發(fā)的低導熱耐堿
磚在碳酸鉀存在條件下沒有出現(xiàn)堿裂現(xiàn)象，形狀尺寸完整，性能良好。
低導熱抗剝落磚DDR-45除具有抗剝落高鋁磚的耐高溫性能、適應分解爐工作環(huán)境外，也具有低導熱耐堿磚的同樣效果。高強耐堿磚RK-H、低導熱耐堿磚DNJ-30、抗剝落高鋁磚KBL-70以及低導熱抗剝落DDR-45的理化指標對比如表2。
表2 高強耐堿磚與低導熱耐堿磚指標對比表
2、全陶瓷預熱器內筒替代耐熱鋼內筒
我公司與北京科技大學合作研制出了全陶瓷內筒，這項技術也使我國成為世界上第一個實現(xiàn)懸浮預熱器內筒全陶瓷化的國家，該產品采用全陶瓷原料生產，完全不含金屬鉻，徹底杜絕了原耐熱鋼產品鉻的污染；產品密封性好，分離效果好，使用后可大幅提高預熱器的循環(huán)效率和熱交換效率，最終提高生產線整體生產效率，同時減少了因密封性不良引起的熱損失。該內筒的使用可降低能耗；產品韌性好，耐腐蝕性強，使用壽命是原耐熱鋼產品的2～5倍，大幅度降低了維修率，提高了窯的運轉率。全陶瓷預熱器內筒的結構和碳化硅結構件的示意圖如圖3。
圖3 全陶瓷預熱器內筒及SiC結構件示意圖
制備陶瓷內筒的反應燒結碳化硅的性能與其它幾種方式的比較，如表3。
表3 SiC陶瓷的燒結方法及性能比較
截止到目前，共有100余家企業(yè)的150余條生產線使用了全陶瓷預熱器內筒。經用戶使用反饋，該陶瓷預熱器的最大優(yōu)勢就是抗侵蝕性能強、使用壽命長、維修方便，尤其適用于垃圾焚燒綜合利用的水泥線，最長使用壽命達51個月。
（二）分解預熱帶——低導熱抗剝落磚替代抗剝落高鋁磚和硅莫磚
我公司新研制的低導熱抗剝落磚DDR-30/45/50是水泥窯預熱分解帶原用材料KBL-70、硅莫磚的替代產品，與抗剝落高鋁磚KBL-70或硅莫磚相比體密降低，熱膨脹性能和抗熱震性能得到加強，耐堿性更出色，導熱系數低，更適應水泥窯大型化發(fā)展要求。
通過對幾種材料的理化指標對比，低導熱抗剝落磚DDR-30的使用性能應優(yōu)于抗剝落高鋁磚KBL-70、低導熱抗剝落磚DDR-45的使用性能應優(yōu)于硅莫磚，并且由于體密下降也相應降低了材料采購成本，減少了窯體負荷，這對降低系統(tǒng)電耗也將起到一定作用，同時由于導熱系數降低，筒體散熱損失將會減少，從而起到一定的節(jié)能降耗作用。
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圖4 分解帶材料的外觀及耐堿蝕性對比
從圖中看出，DDR-30的耐堿性非常出色，耐堿性比傳統(tǒng)抗剝落高鋁磚KBL-70更好；DDR-45與硅莫磚相當，但硅莫磚的耐堿性好是由于其中的碳化硅未氧化，而在使用過程的硅莫磚表面的碳化硅是不可能不被氧化的，也就是說，就長期使用而言，DDR-45的耐堿性肯定要比硅莫磚好；DDR-50耐堿性能優(yōu)良，并在國外用戶得到了大量應用。
隨著水泥窯大型化的發(fā)展，窯徑增大，產量提高，窯內熱負荷加大，窯襯材料所承受的熱應力增大。如何提高材料的高溫體積穩(wěn)定性，成為保證材料使用壽命的重要因素；我公司研制生產的低導熱抗剝落磚DDR-30/45/50，相比現(xiàn)正在使用的抗剝落高鋁磚KBL-70和硅莫磚，其最大優(yōu)勢就是熱膨脹系數小，體積穩(wěn)定；因熱應力增大而造成的材料損壞大大減少，同時體密降低窯體負荷減小，窯襯所受機械應力也會減小，材料采購成本下降，系統(tǒng)電耗降低；由于導熱系數降低，窯體表面溫度下降，也減少了散熱損失。
低導熱抗剝落磚的體積密度為2.2 g/cm3，而抗剝落高鋁磚的體積密度為2.55g/cm3，硅莫磚的體積密度為2.65g/cm3；若采購相同數量的制品，低導熱抗剝落磚比抗剝落高鋁磚重量減輕約13.7%，比硅莫磚重量減輕約17%，這既減輕了窯體負荷，又降低了用戶的采購成本。
以DDR-45為例：
硅莫磚與DDR-45低導熱抗剝落磚的體積密度分別為2.65g/cm3和2.2g/cm3，在直徑4.8×74米回轉窯上（5000t/d）每砌用10米DDR-45抗剝落磚，比硅莫磚減輕 14.24噸，按每噸4000元計算，可節(jié)省56960元，同時窯體負荷也降低14.24噸，又可節(jié)約設備運行電能費用。
由于DDR-45低導熱抗剝落磚導熱系數（1.518w/m.k）比硅莫磚（2.723w/m.k）小1.205w/m.k，根據熱工計算，在直徑4.8米的窯上使用10米，可節(jié)約標煤1.67噸/天，按每噸700元計，價值1169元，若在直徑4.8米的窯上使用30米，可節(jié)約標煤費用3507元/天，若按300天/年的生產時間計算，可節(jié)約1052100元。
表4 低導熱抗剝落磚與硅莫磚、抗剝落高鋁磚理化指標對比
（三）過渡帶——低導熱鎂鋁尖晶石磚替代鎂鋁尖晶石磚
我公司新研制的低導熱鎂鋁尖晶石磚是采用先進的合成技術合成的低導熱鎂鋁尖晶石原材料，采用形式復合方式：以鎂鋁尖晶石材質為工作層，以低導熱鎂鐵復合橄欖石材質為隔熱層。一次成型，同溫燒成，并實現(xiàn)了兩種材料的線膨脹同步，達到了兩種材料的有機結合且結合強度高（見圖5）。該產品具有良好的抗侵蝕性、抗沖刷、抗熱震等高溫性能，與原用鎂鋁尖晶石磚相比，降低了體積密度和導熱系數，減少了窯體的負荷和機械應力，既保證了窯襯的使用壽命，又起到了一定的節(jié)能降耗的作用。
圖5 傳統(tǒng)鎂鋁尖晶石磚與新研制的低導熱鎂鋁尖晶石磚的對比
圖6為鎂鋁尖晶石磚復合層材料的高溫抗折強度的殘樣。從圖中看出，連接處的強度非常高，以至于最終斷裂處卻是純鎂鋁尖晶石側，而連接處非常好。
圖6 經過高溫抗折實驗后的殘樣
低導熱鎂鋁尖晶石磚與現(xiàn)用鎂鋁尖晶石磚相比，按其體積密度分別為2.85g/cm3和2.95g/cm3計算，以直徑4.8×74米回轉窯（5000t/d）為例，每砌用10米可以節(jié)約耐火材料4.43噸，按每噸5300元計，可節(jié)省耐火材料費用23479元，同時窯體負荷也會降低4.43噸，又可節(jié)約運行電費。
另外，低導熱鎂鋁尖晶石磚導熱系數比鎂鋁尖晶石磚低0.39w/m.k，根據熱工計算，在直徑4.8米的窯上使用10米DDRMLJ－80低導熱鎂鋁尖晶石磚每天可節(jié)約標煤466.7公斤，按每噸700元計，價值326.7元。若按300天/年生產時間計算，可節(jié)約98010元。鎂鋁尖晶石磚與低導熱鎂鋁尖晶石磚指標對比如表5。
表5 鎂鋁尖晶石磚與低導熱鎂鋁尖晶石磚指標對比表
（四）燒成帶——鎂鐵鋁尖晶石磚替代直接結合鎂鉻磚
原有鎂鉻磚中的Cr3+在高溫、堿性條件下轉變?yōu)镃r6+；燒成帶的鎂鉻磚消耗量約為30-50萬噸/年，用后的廢鎂鉻磚也高達15-20萬噸/年，最重要的是用后的廢鎂鉻磚中的Cr6+高達0.1-0.5%而無法處理。
鎂鐵鋁尖晶石磚的研制成功結束了我國在水泥窯用耐火材料無鉻化方面落后歐美近二十年的歷史，可以大幅度降低六價鉻對環(huán)境和人體的危害。傳統(tǒng)鎂鉻磚與新研制的鎂鐵鋁尖晶石磚的外觀對比如圖7。
圖7 傳統(tǒng)鎂鉻磚磚與新研制的鎂鐵鋁尖晶石磚的外觀
鎂鐵鋁尖晶石磚具有良好的荷重軟化溫度、高溫強度、抗侵蝕性、熱震穩(wěn)定性和較好的掛窯皮性能，已成功應用于90余家水泥企業(yè)的120余條生產線，取得了較好的運行周期，得到廠家很好的評價。
鎂鐵鋁尖晶石磚表現(xiàn)出如下特點：
1、窯皮形成迅速；
2、掛窯皮性能好；
3、窯皮穩(wěn)定、停窯時不剝落；
4、抗侵蝕性好、沒有堿裂、疏松現(xiàn)象；
5、溫度掃描顯示，回轉窯殼體溫度在260-320℃，比國外某鎂鐵鋁尖晶石的低40℃以上，節(jié)能顯著。
鎂鐵鋁尖晶石磚指標對比如表6。
表6 鎂鐵鋁尖晶石磚指標對比表
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（五）三次風管——陶瓷復合三次風閘板替代高溫調節(jié)閥
三次風管內設計的風速愈來愈高，從早期的20m/s上升至30m/s以上。隨著冷卻機熱效率的提高，三次風溫度相應得到提高，目前已達950℃以上，高溫、高風速內所含的熟料粉塵，增大了對襯料的磨蝕，對拐角處和閘閥的襯料均提出了極高的耐磨要求。
我公司根據工藝使用條件及自身技術、產品優(yōu)勢，提出在三次風管部位使用公司生產的硅莫復合磚，既提高了材料的耐磨性，又降低了三次風管散熱損失，配合使用陶瓷復合三次風閘板（見圖8），節(jié)能和環(huán)保效果明顯。
圖8 陶瓷復合三次風閘板
在新型干法水泥生產線上，窯和分解爐用風量的分配是通過窯尾縮口和三次風管高溫調節(jié)閥（下面簡稱“高溫閥”）開度控制來實現(xiàn)的。高溫閥是窯系統(tǒng)操作控制的一個重要部件，閥門燒壞了，系統(tǒng)用風就不能實現(xiàn)有效調整，將直接影響窯系統(tǒng)工況的正常與穩(wěn)定，并影響熟料產質量，因此高溫閥必須要有很高的可靠性。但目前高溫閥的調節(jié)靈活性不好、使用壽命很短，一直是困擾各水泥企業(yè)正常生產的難題。目前存在的主要問題：一是閥板變形卡死，二是澆注料堿裂堿蝕剝落磨損，三是閥板斷裂損壞。
針對上述問題我公司提出了陶瓷閥板模塊化設計理念，并開發(fā)出了模塊化陶瓷閥板，經水泥廠試驗取得了良好的使用效果。
陶瓷閥板的特點：
1、構成方式：兩側是陶瓷板，中間是25Cr20Ni耐熱鋼板，對耐熱鋼形成有效保護。以貫穿的耐熱鋼螺栓固定，陶瓷磚與耐熱鋼板形成緊密結合面，防止其變形，而且組裝拆卸非常方便。
2、陶瓷閘板硬度高，耐磨性好，耐磨性是普通澆注料的5倍以上。
3、整體厚度小于澆注料閥板厚度的50%，操控性能優(yōu)異。
4、耐熱鋼板為整體澆注，無焊點，整體強度高。
5、陶瓷磚的厚度可根據不同的窯型不同的工況進行靈活調整。
6、陶瓷閥板磚為燒成制品，不存在澆注料所需的養(yǎng)護，即裝即用。
7、再生能力強，閥板的損壞主要為下部，陶瓷閥板的模塊化設計可保證閥板下部的切割、焊接與拼裝，最大化的提高材料的利用率，簡化維修周期。
陶瓷閘板磚理化指標見表7：
表7 陶瓷閘板磚理化指標表
（六）澆注料用耙釘——陶瓷復合節(jié)能耙釘代替耐熱鋼耙釘
耙釘主要用在預熱器、窯頭罩、篦冷機等使用澆注料較多、散熱損失較大的部位。使用澆注料部位的殼體散熱主要是澆注料墻體自身的傳熱和耙釘的傳熱所導致，由于澆注料外層還有硅鈣板來作為隔熱層，所以，熱損失主要集中在耙釘自身傳出的熱量；而在上述部位所用耐熱鋼耙釘的數量又非常多，耐熱鋼耙釘導熱系數高導致散熱損失大大增大。我公司經過多次科研實驗，在降低澆注料導熱系數研制了導熱系數低的陶瓷復合節(jié)能耙釘（見圖9）。
圖9 陶瓷復合節(jié)能耙釘