石灰窑隔热保温材料分析与技术改进

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

石灰窑是氨碱法生产纯碱的重要设备，石灰石配入一定比例的焦炭或无烟煤，送入石灰窑内煅烧分解，生成CO2和CaO，为氨碱法纯碱生产提供必须的中间物料。石灰窑种类很多，目前多采用机械化竖窑，石灰石在石灰窑内煅烧时，沿窑体内由上至下按高度可分为预热、煅烧、冷却三段：预热段约占窑体有效高度的1/4左右，与下段交界处的温度约900 ℃；煅烧段约占窑体高度的一半，根据杂质等含量控制煅烧温度,一般CaCO3含量高时控制在1150～1200 ℃,CaCO3含量较低时控制在1 050～1 150 ℃,MgCO3含量高的石灰石煅烧温度要控制在1 050 ℃以下，与下段交界处的温度800～850 ℃；冷却段在窑体下部，约占窑体有效高度的1/4左右。

1 石灰窑隔热保温材料的技术要求

1.1 隔热保温材料的性能作用

石灰窑隔热保温材料是处在高温条件下运行，在长期高温作用下，体积稳定性、重烧收缩性、耐磨性及机械强度会受到影响而降低,特别是石灰石含杂质过高时，常常产生结瘤子现象，更有害于衬砖的使用寿命，为此隔热保温材料需满足以下性能：

1)应具有抵抗高温作用而不被熔化的性能。

2)能够承受窑炉载荷和热应力的作用而不丧失结构强度、不软化变形、不断裂坍塌。

3)在高温下体积稳定，不致因膨胀和收缩使砌体变形或出现裂纹。

4)当温度急变或受热不均匀时不开裂破坏。

5)对于液态溶液、气态及固态物质的化学侵蚀应具有一定的耐侵蚀能力。

6)应具有一定的高温强度和抗磨性能，以承受烟尘、炉料的撞击和长期摩擦。

石灰窑的热效率：消耗于分解CaCO3的热量与燃料燃烧时所放出的全部热量之比称为是灰窑的热效率。其值一般在75%～80%之间,其热损失主要有以下五项：

1)窑气带出的热量约占总热量的6%。

2)石灰带出的热量约占总热量的2%。

3)燃料燃烧不完全带出的热量约占总热量的2%。

4)蒸发物料的水分约占总热量的0.2%。

5)窑体散热损失约占总热量的14%。

由此看出窑体的散热损失约占总热量损失的60%左右，因此窑体的保温隔热材料十分重要，保温层要有足够的厚度、低的导热系数，确保烧成带边部和中心温度均匀，有利于熟料质量提高，由于中心熟料大块结瘤减少，通风改善，也利于石灰窑产量的提高，因此隔热保温层对石灰窑起着很重要的作用。

1.2 隔热保温材料的结构组成及对比分析

1.2.1 隔热保温材料结构组成分类

我公司石灰窑隔热保温形式有两种：

第一种从窑壁向内保温材料依次为：蛭石、L17高铝砖一层、L16高铝砖一层。

第二种从窑壁向内保温材料依次为：硅酸铝耐火纤维毡4层、L17高铝砖一层、L16高铝砖一层(参数性能如图1)。

说明：1.本图为L16异型耐火砖尺寸，图中单位为mm2.Al2O3不低于65%，Fe2O3不高于1.03%3.常温耐压强度不低于95 MPa4.耐火度不低于1 790 ℃5.0.2 MPa荷重软化开始温度不低于1 500 ℃6.重烧线变化-0.3%7.显气孔率不大于20%图1 L16耐火砖尺寸及要求

说明：1.本图为L17异型耐火砖尺寸，图中单位为mm2.Al2O3不低于48%，Fe2O3不高于1.1%3.常温耐压强度不低于66 MPa4.耐火度不低于1 760 ℃5.0.2 MPa荷重软化开始温度不低于1 450 ℃6.重烧线变化-0.3%7.显气孔率不大于21%图2 L17耐火砖尺寸及要求

1.2.2 两种隔热保温形式结构组成对比分析

两种保温结构组成只有最外层保温材料不同，其中高温蛭石为散状物料，具有较强流动性，当两层耐火砖局部破损后，蛭石会从缺失空隙内逐渐流出，致使石灰窑隔热保温效果显著下降，因此将蛭石改成隔热性能更好的硅酸铝耐火纤维毡，用专用胶水粘结在一起，可避免因局部耐火砖脱落而导致外层隔热材料破损、缺失的现象，提高石灰窑的整体隔热保温效果，降低石灰窑燃料消耗。

1.3 砌筑技术要求

石灰窑的砌筑质量，直接关系到能否生产出优质的石灰，还关系到石灰窑的使用寿命和维护成本，好的砌筑质量，能够最大限度地发挥炉窑能力。

砌筑时，上下相邻两层的立缝、内外层的横、立砖缝均应错开，错开长度不得小于砖长度的三分之一，窑体煅烧带耐火砖的横缝及立缝宽度均不得超过2 mm，其他部位不超过3 mm，泥浆必须填充饱满，不得有空洞，表面应勾缝，砌体垂直度误差≤3 mm,全高≤15 mm,表面平整度≤5 mm，窑体按中心砌筑，砌体内表面椭圆度不应大于25 mm，砌筑体与外壳的尺寸偏差，靠增减硅酸铝耐火纤维毡层厚度调节，以保证保温层厚度，耐火砖砌至窑顶时，应按设计要求留出膨胀余量。

2 耐火砖脱落原因分析及技术改进

2.1 耐火砖脱落原因分析

耐火砖的脱落主要是因为内层耐火砖在各种因素的影响下过早的损坏，在内层耐火砖损坏到一定程度后，就会发生大区域的脱落。

1)砌筑质量不达标，导致石灰窑隔热保温材料过早损坏，严重缩短使用周期。

2)石灰窑顶部护窑板直接承受物料的冲击，在物料的冲击作用下，护窑板很快磨损失效，导致该区域耐火砖过早损坏。

3)耐火砖常温耐压强度低、体密小，耐磨性差，导致耐火砖过早的损坏。

4)煅烧区内层耐火砖承受较高温度，在Ca2+作用下，该处耐火砖很容易发生碱性侵蚀，导致该处砖的综合性能降低，使其过早损坏。

2.2 技术改进

在石灰窑安装过程中，安排专业技术人员对砌筑质量进行全程跟踪、检查，同时我公司石灰窑隔热保温材料在结构、材质上不断的进行改进和探索。

2.2.1 护窑板

在原有护窑板内侧安装冲击带，延长护窑板使用寿命，可以在一定程度上缓解对耐火砖的直接冲击。

图3 护窑板

2.2.2 隔热保温材料

石灰窑内层耐火砖直接与物料接触，其各种理化指标相较于外层耐火砖都有较高的要求。我公司一直谋求、探索耐火砖的改进方案，初期是将内层耐火砖Al2O3含量由65%提高到70%，其常温抗压强度、体密等理化指标也相应提高，使煅烧区耐火砖的寿命得到了一定延长。

物料冲击区耐火砖直接受物料的冲击，该区域耐火砖的耐磨性及抗冲击性的要求比较高，同时该区域为预热区，温度不高，因此该区域耐火砖荷重软化温度及耐火度的要求可以不做变化，可通过提高砖的常温耐压强度指标及体密指标，以提高砖的耐磨性及抗冲击性。经过与专业技术厂家结合及外出考察，将该区域选用刚玉莫来石砖，作为内层耐火砖，刚玉莫来石砖比普通高铝砖具有耐压强度大、耐磨性好、耐侵蚀性好等优良特性。

表1 L16、刚玉莫来石耐火砖技术参数对照表

根据以上技术数据对比，我公司4#石灰窑于2016年5月进行单体大修，并将物料冲击区内层耐火砖改为刚玉莫来石砖，通过检查，目前物料冲击区耐火砖无明显磨损情况，达到了预期改进效果，今后将继续推广应用，同时研究不同煅烧部位，应用不同理化性能耐火砖的可行性，如煅烧区应用耐碱性侵蚀的镁铝砖等，提高石灰窑的热效率及整体使用寿命。