大型水泥回转窑的特点及耐火材料的选用

的蚀损机理，提出了这些部位更为合适的耐火材料；指出砌筑和烘烤与耐火材料使用寿命之间的关系。
关键词：耐火材料；回转窑；蚀损；
中图分类号：TQ172.6
文献标识码：A
文章编号：1008-8814(2004)02-0032-03
水泥工业消耗的耐火材料约占整个耐火材料总量的 10% 。 随 着 国 家 对 属 于 基 础 材 料 的 耐 火 材 料 工 业 的 重 视 ， 通 过 “ 八 五 ” 、 “ 九 五 ” 期 间 的 科 技 攻 关 ， 作 为 2000t/d 以 下 和 4000t/d级 回 转 窑 的 非 高 温 区 的 全 套 耐 火 材 料 已 能 完 全 满 足 要 求[1]。 但 由 于 国 家 产 业 政 策 的 调 整 ， 大 型 干 法 回 转 窑 将取代一大批立窑及小型回转窑，从而对传统耐火材料的 需求将大大减少，对优质耐火材料的需求将成倍增加。同 时，由于使用条件的变化，对耐火材料提出了更为苛刻的 要求。尤其是窑口、过渡带、窑尾抗结皮、及冷却机前端 等部位的耐火材料，不能与回转窑其他部位耐火材料的寿 命相配套，损失较大。
收稿日期： 2003-11-28 作者简介：吴武伟(1966- )，男，河南伊川人，专科，实验师，主要
从事无机非金属材料方面的工作。
大型窑的转速达到了3r/min~4r/min，比传统窑提高3倍 以上。高的转速及大的斜度使得机械应力增加，窑衬受到 的周期性的热应力冲击的破坏力加剧。这就要求耐火材料 要有更高的整体稳定性和抗热震性能。
4 砌筑及烘窑
窑体使用寿命的长短还与正确的砌筑方法及合理的烘 烤制度有关。
耐火砖的湿法砌筑有利于保持泥缝均匀，缝泥饱满， 整体性良好，可以防止砌体局部应力集中，砌体爆裂损 坏。但湿法砌筑时砌体含水量高，必然增加烘窑的难度， 延 长 烘 窑 时 间 。 根 据 实 验 ， 在 正 常 情 况 下 ， 在 110 ℃ 烘 干 4 小时方能达到砌体干燥。然而目前很多厂家由于种种原因 无法满足砖体升温制度的要求，往往因升温过快，使砖体 局部蒸汽压过高，造成一次爆损大，缩短了砌体的使用寿 命 。 文 献 [5]选 用 了 两 种 新 型 泥 浆 取 代 了 水 泥 泥 浆 ， 耐 火 砖 平 均 使 用 寿 命 提 高 了 近 一 倍 。 文 献[11]提 供 了 一 种 砌 筑 方 法，国产砖可以采用湿法砌筑，效果很好。文献[12]提 出 ， 在砌筑时，应预留膨胀缝，使用寿命也可大大提高。
第 14卷 第 2期 2004年6 月
洛阳工业高等专科学校学报 Journal of Luoyang Technology College
Vol.14 No.2 June 2004
大型水泥回转窑的特点及耐火材料的选用
吴武伟，曹钦存
（洛阳工业高等专科学校 材料工程系， 河南 洛阳 471003）
摘 要：通过比较大型回转窑与传统水泥窑的特点，分析前窑口、烧成带、窑尾和冷却机前端等易损部位耐火材料
在砌筑完成后，必须十分注意烤窑。由于窑体用的耐 火材料种类繁多，它们各有特点，所以要综合考虑，制订 合理的烤窑曲线，连续进行烘烤，不能中断。烘烤期间要 避免发生温度骤降或局部过热的现象。烘烤期间并根据温 度情况从间歇到连续、从低速到正常窑速保持转窑。以保 持窑衬表面温度的均匀性，同时避免窑体中心线变化，局 部椭圆度增大，使窑体变形。
4) 窑直径加大，窑皮的稳定性差 大型窑的直径增大，2000t/d的窑直径为4m，4000t/d窑 直 径 为 4.7m， 又 加 之 窑 速 加 快 ， 机 械 震 动 加 剧 ， 因 此 高 温 带的窑皮易脱落而不易补挂，所以要求高温带耐火材料除 了有耐高温熟料侵蚀及热震稳定性外，还需要易粘窑皮的 性能。 综上所述，大型窑由于碱、硫等挥发性组分的富集、 窑温的提高、窑径加大、转速加快、斜度加大等原因，造 成对耐火材料的化学侵蚀、高温破坏、机械应力和热应力 等综合破坏效应比传统窑要大。因此，必须对各个部位的 不同要求选择合适的耐火材料，并在此基础上研制新型的 耐火材料。
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不大的耐火材 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。
3 其他部位耐火材料的选用
其他部位耐火材料的选用要根据各部位的工作条件，
合理匹配使整个窑体的使用寿命一致。见表1。
表1 我国PC和SP窑一些部位的耐火材料[3]
使用部位
适用的耐火材料
后窑口 钢纤维增强高铝质浇注料或高铝质浇注料
分解带 耐碱隔热砖或隔热粘土砖 回转窑 安全带 抗剥落高铝砖，磷酸盐砖或特种化学结合高铝砖
冷却带 抗剥落高铝砖，特种化学结合高铝砖，
工作层：耐碱粘土砖，耐碱浇注料或低水泥浇注料 分解炉和预热器
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5结 语
耐火材料品种繁杂，而大型回转窑由于工艺条阳阳工工业业高高等等专专 科科 学学校校学学报报
Journal of Luoyang Technology College
Vol.14 第No1.24卷
June 2004
变，使得从现有的材料中选取有一些困难。尤其是窑口材 料、过渡带材料、冷却机前端及窑尾抗结皮材料是大型回 转窑耐火材料的薄弱环节。但我们一方面可以在现有耐火 材料的基础上，合理匹配，使窑整体寿命得到提高，另一 方面积极开发新型耐火材料，使它们更能适合水泥窑日益 大型化的要求。 参 考 文 献：
2 易损部位的耐火材料
1）前窑口 前窑口窑衬是大型回转窑中最薄弱窑衬之一。在大型 干法窑生产中，窑口衬料的使用周期严重制约了全窑的使 用寿命。窑口易变形造成的频繁掉砖、二次风温度的大幅 度提高、窑体的斜度加大和转速的加快、窑口没有稳定的 窑皮，使得窑口窑衬必须能承受熟料的磨损、高温气流的 冲刷及物料的碱蚀。另外，还要经受故障停窑及急冷急热 的冲击。事实上，国内回转窑由于诸多的原因，停窑频 繁，造成窑口耐火材料遭受更多的热震。有关统计表明， 80%以上的停窑是由于局部耐火材料的蚀损造成的[5]。 如果窑筒体未变形，则可将抗剥落高铝砖、尖晶石砖 或直接结合镁铬砖等定型砖用于前窑口。如果筒体变形， 则可采用具有优越抗热震性能、抗冲击性能和耐磨性能的 浇注料。使用时，在窑体焊上锚固件，用刚玉质或高铝质 钢纤维增强浇注料整体浇注窑口，就可以对上述的破坏作 用起到有效防御，从而使窑口耐火材料的使用周期达到与 窑内烧成带同步的效果。刚玉质浇注料的抗热震性稍逊于 高铝质钢纤维增强浇注料，对于频繁停窑的回转窑，高铝
1 大型回转窑的特点
新型大型回转窑以预分解窑（PC）和预热器窑（SP） 为主，与传统水泥窑相比具有以下特点：
1）碱及硫、氯等挥发性组分侵蚀严重 由于PC窑充分利用余热预热生料，碱及硫、氯等组分 反复的挥发、凝聚，造成循环富集，使得预热器中R2O与传 统回转窑相比增加近5倍，SO3增加3~5倍。相应部位的窑气 中这些组分的含量也大大增加，导致预热器、分解炉、上 升烟道、下料斜坡所用的粘土砖和普通高铝砖等耐火材料 受到严重的侵蚀，形成膨胀性矿物而开裂剥落，发生“碱 裂”破坏。并且硫、氯等组分在耐火材料表面形成结皮的 特征矿物，粘附窑衬形成结皮，影响窑的正常运行 。 [2][3] 2）烧成温度的提高对耐火材料的破坏加剧 大型预分解窑多采用蓖式冷却机和多通道喷煤嘴， 二 次 风 温 度 可 达 1300℃ ， 出 窑 熟 料 温 度 可 达 1300多 度 。 而 传 统 回 转 窑 出 窑 熟 料 温 度 为1100℃ 左 右[4]， 二 次 风 温 度 在1100℃~1200℃。温度的提高加剧了熟料对耐火材料的侵 蚀，用于传统窑相应部位的耐火材料在大型窑上的使用寿 命急剧下降。 3）窑筒转速加快和斜度加大，增加了耐火材料的应力 破坏
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第2期
吴武伟等 大型水泥回转窑的特点及耐火材料的选用
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质钢纤维增强浇注料的使用效果要好于刚玉质浇注料。当 然，整体浇注使用效果的好坏，还与施工技术有关 。 [6][7]
2）烧成带与过渡带 烧成带处于高温化学气氛中，炉料温度1400℃~1500℃ ， 伴随有熔融液体产生，耐火材料通常被原料包覆，再加上 窑体的转动，所以窑皮经常剥落。呈熔融状态的水泥原料 与砖之间发生反应以及熔融液体渗透到砖内，造成熔损及结 构剥落。使用效果最好的是高温烧成镁铬砖、直接结合镁铬 砖 。 然 而 ， 在 回 转 窑 内 的 氧 化 气 氛 中 ， 三 价 铬离 子 Cr3+会 被 氧化为六价铬离子Cr6+，其反应为 ： [8][9] 2Cr（Ⅲ）2O3+3O2+4R2O→4R2Cr（Ⅳ）4 由 于 硫 酸 盐 的 侵 蚀 ， 这 些 物 质 进 一 步 生 成 R4（ SO4）x（ Cr（ Ⅵ ）O4） y。 这 些 化 合 物 是 水 溶 性 的 ， 变 为 废 气 和 粉 尘 污染环境。美国、日本及西欧许多国家已改用白云石砖及 镁铝尖晶石砖，获得无铬化，在水泥回转窑应用中取得良 好效果。白云石砖不易与水泥组分发生反应生成低熔物， 因此它是一种极好的抗熔蚀材料。但白云石砖的抗剥落性 差、固有的水化性等缺点，决定其使用受到限制。目前， 国内水泥厂大部分还是采用直接结合镁铬砖或普通镁铬 砖，但总的趋势是采用镁铝尖晶石。此砖的优点为：热震 稳定性好，使用过程中与熟料反应能在砖的表面形成一层 薄的铝酸钙保护层，使液相不易渗透，抗剥落性能优于直 接结合镁铬砖。这一方面是环保的要求，另一方面也是生 产的要求。 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[10]，从而使得其在大型回转窑过 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 回 转 窑 窑 尾 温 度 一 般 小 于 1000℃ ， 有 的 甚 至 700℃ 左 右 ， 窑 尾 一 般 不 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 不同温度的物质，使温度变化频繁，易产生疲劳爆裂。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，砌体在高温状态下的整体稳固 性要求也较为严格。因此，在选用耐火材料时，应考虑其