试论大型水泥回转窑环保节能耐火材料的配置技术

张元刚 郝明 徐融容

摘要：对大型水泥回转窑的耐火材料影响进行分析之后可以发现，特定部位的耐火材料需要受到多种因素的影响产生破损或者掉落情况，这对大型水泥回转窑的安全生产带来较大影响。在对生产过程中耐火材料的相关性能要求进行了解之后，探讨易损坏部位对耐火材料的相关要求，并对环保耐火材料的配置技术进行研究。

关键词：耐火材料；保护；大型水泥回转窑

在环境问题不断加重的形势下，我国提出节能减排的政策要求，对社会各类生产活动给出明确指示，要求相关企业在生产过程中严格控制有害气体或者液体的排放量，尽量减少资源浪费。鉴于以上内容，相关企业展开对水泥回转窑生产使用环保节能耐火材料的研究，在确保使用性能的前提下，尽量选用环保材料。在生产中优先选择对环境影响相对较小的碱性材料，这种材料的应用不仅可以降低生产过程中的热损失，还能避免产生大量的残渣对环境造成污染。

一、大型回转窑对耐火材料的使用寿命的影响作用

1、碱、硫和氯等挥发性组分侵蚀严重

在大型水泥回转窑中的分解窑在生产过程中所产生的余热会使碱、硫和氯等元素的组分进行反复挥发和凝结，在一段时间内会产生循环的富集，相关数据显示，在余热的作用下大型水泥回转窑预热器中的R2O与传统水泥回转窑相比相差5倍之多，而SO3也增加了不止3倍。与此同时，窑内的其他组分也会存在不同程度的增加，这种情况下，会使预热器、分解炉和上下烟道中的粘土砖和普通高铝砖等耐火材料的耐火性能受到一定影响，严重的还可能导致耐火材料受到侵蚀，最终导致开裂和脱落的现象，在实际生产活动中，我们将这种情况称之为碱裂破坏。另外，硫和氯组分的增加，还会在耐火材料表层形成结皮，窑壁也会产生结皮，对回转窑的稳定运行带来一定影响。

2、烧成温度的提高对耐火材料的破坏加剧

在大型预分解窑中所采用的加热设备为多通道喷煤嘴和蓖式冷却机，生产中的二次风温度高达1300℃，而出窑的熟料温度更是高达1300℃以上，与传统的水泥回转窑相比在温度上的差异较为突出，传统的水泥回转窑出窑最高温度为1100℃，而二次风的温度为1100-1200℃。由于大型水泥回转窑与传统水泥回转窑在生产温度上存在较大的差异，如果还是使用原有的耐火材料，会在温度大幅度提升的作用下受到严重侵蚀，最终导致耐火材料的使用寿命减少，为大型水泥回转窑生产的经济效益带来一定影响。

3、窑筒转速加快和斜度加大，增加了耐火材料的应力破坏

由于大型水泥回转窑与传统水泥回转窑相比在生产方式上存在一定差异，表现最为突出的是转速上的差异，传统水泥回转窑在生产中的转速仅为大型水泥回转窑生产转速的三分之一，这就意味着耐火材料需要承受更大的机械应力，为耐火材料的使用性能带来极大的考验。另外，大型水泥回转窑在结构上也发生一定的改变，对下料的斜坡倾斜度做出了相应的调整，在转速和斜坡的工作作用下，使耐火材料必须承受更大的机械应力，严重加剧了生产过程对耐火材料的破坏力。此种情况下，就对耐火材料的稳定性能和抗震能力提出了全新的要求。

4、窑直径加大，窑皮的稳定性差

大型水泥回转窑在生产规模上具有一定的优势，就2000t/d的窑来讲，直径可达4m，对4000t/d来讲，直径可达4.7m。另外，在窑转速增快的作用下，产生的机械振动越来越大，这也加剧了窑内高温区域窑皮脱落的情况。这种情况下就要求窑内高温区域的耐火材料不仅需要具备耐高温能力，还需要具备抗震稳定能力和粘结能力。

二、易损部位的环保耐火材料配置

1、前窑口

在大型水泥回转窑窑衬中，前窑口的窑衬质量最为薄弱，在实际生产的过程中，窑口的衬料使用寿命对整个窑的使用寿命带来一定影响。在实际生产的过程中，由于温度过高或者机械产生的振动过大均会使引发窑口变形，最终导致窑衬料掉落。同时，窑口的衬料必须具备耐高温、耐磨损以及应对物料碱蚀的能力，只有这样才能保证整窑的全生命周期。在受到突发故障影响，紧急停窑的情况下，受到高温和低温的共同影响，窑口衬料将会承受更多的热振影响，极易引发窑口衬料掉落的现象。相关资料表明，产生上述停窑问题的主要原因是窑内的耐火材料受到严重侵蚀，影响水泥回转窑的正常运行。

要想达到提升窑口抗震能力和耐磨性能的目的，就需要在窑筒体还没有发生变形的情况下，采用具有一定抗剥落性能的高铝砖、尖晶石砖和镁铬砖对窑口就那些加固处理，避免变形情况的发生。在窑筒体已经产生变形的情况下，则需要采用浇筑的方式来巩固窑口结构，充分利用抗热震能力较强、抗冲击性能和耐磨性能较好的浇筑材料，对窑口结构进行加固，进而达到提升窑口全生命周期和提升整窑使用寿命的目的。在浇筑之前，需要利用加固元件对窑口结构进行固定，适当添加刚玉质和高铝质较强的纤维来提升浇筑的整体性，进而提升窑口的使用性能，保证窑口的使用寿命与大型窑的整体寿命相同。高铝质的钢纤维应用效果要明显强于刚玉质钢纤维，对提升窑口抗震能力具有较好的效果。除去材料影响之外，窑口的使用性能还与施工技术水平相关。

2、烧成带与过渡带

在大型窑生产的过程中，烧成带因其功能性质决定了其需要长期处于高温化学状态下，正常生产状态下，炉料的最高温度可达1400-1500℃，生产过程中会产生大量熔融液体，此时的耐火材料将被原料包围，在窑体转动的作用下，会加据窑皮脱落的情况。大量的熔融状水泥和熔融液体在渗入砖体内之后会产生大量剥落现象。此时，可以考虑采用高温烧制而成的镁铬砖作为耐火材料，保证大型窑的生产性能。

过渡带的情况也大致如此。尖晶石砖由于具有低的含铁量、极佳的耐磨性及极低的碱渗透率，使用周期比直接结合镁铬砖延长一倍，可达一年左右，并且完全能和烧成带的直接结合镁铬砖相配套，从而使得其在大型同转窑过渡带耐火材料中一直占据主导地位。镁铝尖晶石将逐步取代镁铬砖。

3、窑尾

传统的同转窑窑尾温度一般小于1000℃，有的甚至700℃左右，窑尾一般小会结皮，而大型窑窑尾温度高达1100℃左右。对于生料含碱高或者煤中硫含量高的窑，碱及硫、氯等组分反复的挥发、凝聚，使得组分与之生成2C2SCaCO3、2C2SCaSO4、2CaSO4K2SO4等结皮的特征矿物，粘附窑料形成结皮，影响操作。近年来，有的厂家采用钢纤维增强高铝质浇注料或高铝质浇注料起到了一定的效果。

4、冷却机头

冷却机头处的耐火材料也是经常容易损坏的。在冷却机头，物料与二次空气温差较大，内衬反复交替接触两种小同温度的物质，使温度变化频繁，易产生疲勞爆裂。对耐火材料总的要求是要有较好的热震稳定性和较高的韧性。由于存在自由膨胀端，砌体在高温状态卜的整体稳固性要求也较为严格。因此，在选用耐火材料时，应考虑其理化指标气孔率适中（节能和热震），常温耐压强度较高（耐磨）、热震稳定性良好及重烧线收缩小大的耐火材料。其砌筑工艺的选择，应从强化砌体的稳固性考虑，合理选用中、高温强度的耐火泥浆，保证其具有较高的粘接强度，不因局部掉砖而影响整体的使用寿命。

结语：大型水泥回转窑在生产过程中存在一定的弊端，在耐火材料选用上缺乏一定的合理性，生产结构和生产条件发生改变的情况下，没有对耐火材料做出相应的调整，致使一些部位的耐火材料由于无法承受过大的机械应力和热震力而产生破损或者剥落的现象，对大型水泥回转窑的安全运行带来不同程度的影响。为此，我们有必要针对大型水泥回转窑环保节能耐火材料的配置技术展开研究，保证大型水泥回转窑的生产效益。

参考文献：

[1]李思源，汪海滨.标准引领行业技术进步水泥回转窑用耐火材料行业发展迈上新台阶[J].建材发展导向，2012，10（5）：26-29；

[2]李丽霞，何金峥，闫洪涛.延长水泥回转窑耐火材料使用寿命的技术探讨[J].水泥工程，2013（2）：29-31.