水泥窑用耐火材料.doc

PAGE PAGE 20 水泥窑用耐火材料 第一节 概 论 一、 传统水泥窑用耐火材料 一个多世纪以前，人们开始用立窑煅烧水泥熟料。窑的规格很小，煅烧温度也低，仅使用含 Al2O3 30～40％单一的一种粘土砖。初期的回转窑上沿用这一经验。但回转窑内气流与窑衬间温差大，熟料熔体对窑衬的侵蚀较严重，因而粘土砖寿命比立窑内低得多。 随着立窑和回转窑规格的增大，以及熟料质量的提高，30年代起开始配用高铝砖。1938年2月，意大利首先试用了镁铬砖。1953年开始采用白云石砖。迄50年代，普通镁铬砖或白云石砖用于烧成带；磷酸盐结合高铝砖或普通高铝砖用于过渡带、分解带热端和冷却带；其余工艺带用粘土砖，这样的格局终于奠定，并大体上沿用至今。回转窑上的经验也开始用于立窑，以背衬隔热材料的碱性砖或高铝砖用于高温带内。 表1一l 水泥窑内各部位和各工艺带内窑衬所受主要负荷 窑机组的部位和工艺带 物料的变化 温度范围（℃） 窑衬的主要负荷 各段长度 窑衬寿命（年） 湿法窑 干法短窑 预热 装置 篦式预热器 烘干、预热和部分分解（干扰性的结皮） ≤800℃ 粉尘研磨，碱的硫酸盐和氯化物的侵蚀 旋风预热器 窑 筒 进 料 端 烘干或有机物燃烧 ≤800℃ 研磨 14～25D（窑长的1/4以上） 0.5D 0.4～1 烘干或预热带 研磨（特别有链幕时） 6D 2～12 分 解 带 分解（部分干扰性的浮窑皮） 800～1200 研磨，粉料侵蚀 2D 0.6～3 过 渡 带 形成铝酸钙、铁酸钙和硅酸二钙，碱的挥发 1200～1400 很高的热负荷和机械负荷，研磨，熔体侵蚀和反应，温度变化，碱侵蚀（窑皮的保护作用） 7～12D或更长 4～6D 烧 成 带 烧结，拌生15～25%熔体，碱的挥发（部分干扰性的熟料圈） 1300～1650（火焰≤1800） 4.5～6D（窑长的15%） 4D 0.5～4 冷 却 带 熟料固化和冷却 ≤1400 研磨 1～2D 0.5D 1～2 挡 料 圈 冲击，研磨 0.4～1 窑 口 温度变化，窑尘研磨和冲击 ≤6 冷却机 篦式冷却机 熟料输送和冷却 ≤1300 研磨，温度变化，碱侵蚀 多筒冷却机 风温200～700 熟料煅烧技术越发展，窑型越多样化，窑的规格和能力越大，所用原、燃料的成分和性能越特殊，窑衬所受考验就越苛刻和多样化。不同类型窑的不同工艺带内窑衬所受主要负荷的情况见表1一l。 在大型的新型干法窑问世之前，立波窑在传统窑中单位容积产量最高(1.7～2.2t/m3· d)，窑衬所受考验最苛刻。从窑衬角度来看，立波窑窑筒与篦式预热器间的关系与新型干法窑上又有一定的相似性，立波窑窑衬技术的成熟，既标志着传统窑窑衬技术的成熟，又为解决新型干法窑的窑衬问题打下初步的基础。 立波窑窑筒尾部是指相当于窑筒长度 l/4～ l/3的部位，在砖面温度≤1200℃的进料端和预热、分解带内，窑料对窑衬的直接磨损不重。但由于高温窑气与窑料间温差太大而引起对窑衬的侵蚀，使窑气和窑料中的碱化合物易渗入并在砖内凝聚，其与砖内组分反应形成膨胀性矿物，使砖“碱裂”损坏，是该部位窑衬损坏的主要原因。因此，此处最宜使用隔热型耐碱粘土砖或普通型耐碱粘土砖，方可获得较长寿命。 分解带热端长度为窑径的2～3倍，此处窑气温度高于尾部，所含硫、碱等挥发性组分使窑料内形成一定量低温熔体并渗入砖内与砖反应，形成白榴石、钾霞石等膨胀性矿物，最大膨胀率可达45％，所以炸裂是此处50A或70A*高铝砖或磷酸盐结合高铝砖损坏的主要原因。（*50A或70A指含Al2O3 50％或70％） 过渡带、烧成带、冷却带等组成的高温部位为窑径的6～10倍。高温环境使砖内温度梯度太陡，熟料熔体以及窑料、窑气中的挥发性组分均对砖形成严重的化学侵蚀，高温下窑体变形又最严重，导致对窑衬的热学、机械和化学的综合破坏效应。全窑系统耐火材料消耗量的60～70％发生在烧成带和过渡带的碱性砖部位。 篦式冷却机把700℃以上的二次风送入窑内，使火焰温度提高，特别是使位置紧靠窑头，窑的卸料端只有两圈砖的长度，多筒冷却机窑上二次风温200～700℃不等，燃料与二次风的混合也欠激烈，卸料端长度可达窑径的 l～2倍。这个部位窑皮不稳定，既有熟料、窑皮和窑尘的冲刷和磨蚀，又有熟料熔体和碱盐的化学侵蚀。温度较低时可用普通高铝砖或磷酸盐结合高铝砖；温度较高时可用碳化硅砖或尖晶石砖，也可相应地使用矾土质或刚玉质的耐火浇注料。 70年代初，原联邦德国水泥窑上耐火材料的单位消耗量(kg/t熟料)远比国内目前为低(表1—2)。各种耐火材料所占份额见表1—3。 表1—2 70年代初原联邦德国水泥窑上耐火材料的单位消耗量