水泥窯用耐火材料

第十二章水泥窯用耐火材料水泥是一種細(xì)磨材料，它參加適量水后，成為塑性漿體，這種漿體是既能在空氣中硬化，又能在水中硬化(硬化后要到達(dá)一定的強(qiáng)度)，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料。水泥工業(yè)的現(xiàn)狀我國(guó)水泥行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)有4507家，生產(chǎn)著世界產(chǎn)量1/3以上的水泥產(chǎn)品，前10家企業(yè)生產(chǎn)集中度僅為6.8%，而世界前10家水泥集團(tuán)的水泥產(chǎn)量就占到了全世界水泥產(chǎn)量的1/3。背景水泥工業(yè)的現(xiàn)狀背景對(duì)比項(xiàng)世界先進(jìn)水平中國(guó)水平新型干法窯生產(chǎn)能力日本占98.3％；意大利占96.5％約10％，窯外分解窯125臺(tái)年企業(yè)平均規(guī)模世界60—100萬(wàn)t；歐洲：70—80萬(wàn)t；日本達(dá)到256萬(wàn)t。6.62萬(wàn)t全員勞動(dòng)生產(chǎn)率法國(guó)3273t／人·年地方水泥：160t／人·年德國(guó)3015t／人·年全國(guó)平均：284t／人·年日本15000t／人·年設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率92％85％熟料熱耗2900kJ/kg（日本）5121kJ/kg(回轉(zhuǎn)窯平均)窯外分解窯熱耗2888kJ/kg熟料3555kJ/kg熟料熟料煤耗100kg標(biāo)準(zhǔn)煤／t175kg標(biāo)準(zhǔn)煤／t水泥綜合電耗92kWh/t114kWh/t水泥散裝率80%—90%以上20％50%(2011)國(guó)內(nèi)外水泥工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀比照水泥生產(chǎn)的過(guò)程是要經(jīng)過(guò)“二磨一燒〞：即生料磨，水泥窯和水泥磨。其中水泥窯系統(tǒng)是將水泥生料在高溫下燒成為水泥熟料的熱工設(shè)備，是水泥生產(chǎn)中的一個(gè)極為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水泥窯回轉(zhuǎn)窯立窯干法中空回轉(zhuǎn)窯濕法回轉(zhuǎn)窯立波爾窯(半干法生產(chǎn))懸浮預(yù)熱器窯(SP窯)窯外分解窯(NSP窯)新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)。本章主要知識(shí)點(diǎn)水泥回轉(zhuǎn)窯對(duì)耐火材料性能的要求水泥窯結(jié)構(gòu)與熟料的組成21水泥窯常用耐火材料產(chǎn)品和性能3水泥窯常用耐火材料的配置4根本要求:了解耐火材料在水泥回轉(zhuǎn)窯中的使用，掌握水泥窯對(duì)窯襯的要求和一般耐火材料產(chǎn)品；難點(diǎn)和重點(diǎn):水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料選擇應(yīng)遵循的原那么.思考題：1.水泥回轉(zhuǎn)窯對(duì)窯襯的要求有哪些？2.水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料的選擇一般遵循哪些原那么？3.水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料常用產(chǎn)品有哪些，分別用于什么部位？

水泥窯結(jié)構(gòu)與熟料的組成1熟料燒成系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯與冷卻機(jī)、煤粉燃燒裝置、鼓風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)及收塵設(shè)備等

燃燒用空氣：一次空氣和煤粉混合〔15~30%〕二次空氣預(yù)熱(與熟料進(jìn)行熱交換)一、回轉(zhuǎn)窯的煅燒工藝流程及結(jié)構(gòu)傳動(dòng)大齒輪高端窯尾冷端低端窯頭熱端傾斜鋼筒體，內(nèi)部耐火材料，保溫，保護(hù)

D

2~5ML60~180M干短濕長(zhǎng)國(guó)外7

230燃料生料熟料廢氣懸浮預(yù)熱器窯流程圖

預(yù)分解窯工藝流程按回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料沿窯長(zhǎng)的溫度變化和反響情況逼和占有的空間可劃分為6個(gè)帶干燥帶預(yù)熱帶分解帶放熱反應(yīng)帶燒成帶冷卻帶物料(℃)氣體~150250~400150~7501000750~100014001000~130016001300~1450~130017001300~1000主要反應(yīng)自由水蒸發(fā)粘土質(zhì)原料脫水碳酸鹽分解固相反應(yīng)熟料燒成熟料的冷卻濕法回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯分解爐懸浮預(yù)熱器懸浮預(yù)熱器加熱機(jī)各帶不是截然分開(kāi)的,而是互相交叉的；不同窯型，帶的劃分不同堅(jiān)式固定床煅燒設(shè)備普通立窯和機(jī)立窯12%~14%水D5~15mm料球成球、鼓風(fēng)、收塵、立窯及配煤系統(tǒng)組成立窯煅燒系統(tǒng)熱耗低傳熱效率高〔燃燒與煅燒同時(shí)進(jìn)行〕二、立窯的煅燒工藝流程及結(jié)構(gòu)根據(jù)料球外表的平均溫度和進(jìn)行的物理化學(xué)反響，沿著窯的高度方向，預(yù)熱帶〔窯面，占窯高的5－10%，煤，V，缺氧，不燃燒，損失，無(wú)煙煤。分解，CO2，塑性〕燒成帶〔煅燒帶、高溫帶，底火，占窯高的10－15%，燒成帶的位置和高度重要，取決于煤的燃點(diǎn)和燃燒速度，取決于粒度大小，通風(fēng)好壞〕冷卻帶〔冷卻熟料，預(yù)熱空氣，占窯高的75－85%〕立窯帶的劃分水泥熟料在傳統(tǒng)窯系統(tǒng)內(nèi)的形成過(guò)程分為枯燥、預(yù)熱、碳酸鹽分解、放熱反響、燒成和冷卻。各帶沒(méi)有明顯的界限，是互相交叉的。新型干法窯由于預(yù)熱和碳酸鹽分解都移到窯外的預(yù)熱器和分解爐內(nèi)進(jìn)行，窯內(nèi)分為三個(gè)帶，即過(guò)渡帶、燒成帶和冷卻帶。三、水泥熟料的組成水泥生料制備水泥生料均化水泥熟料煅燒水泥制成生料：由石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、少量校正原料〔有時(shí)還參加礦化劑、晶種等，立窯生產(chǎn)時(shí)還要加煤〕按比例配合，粉磨到一定細(xì)度的物料。水泥:硅酸鹽水泥熟料，石膏，混合材料生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)過(guò)連續(xù)加熱，高溫煅燒至局部熔融，經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)反響，得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料水泥熟料:礦化劑：在煅燒過(guò)程中，能加速熟料礦物的形成，本身不參加反響或只參加中間反響的物質(zhì)。類型：礦化劑〔1種〕

復(fù)合礦化劑〔2種〕石膏—螢石重晶石—螢石磷石膏-螢石作用：加速分解反響；加速固相反響；降低液相出現(xiàn)的溫度；加速C3S的形成含氟化合物：如：CaF2(螢石)硫化物：如：石膏氯化物：CaCl2其他:如：銅礦渣、磷礦渣水泥熟料的煅燒是將適當(dāng)成分的生料在窯內(nèi)經(jīng)高溫煅燒至局部熔融，得到的以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料的工藝過(guò)程。硅酸鹽水泥熟料主要由硅酸三鈣C3S、硅酸二鈣C2S、鋁酸三鈣C3A和鐵鋁酸四鈣C4AF等礦物組成。窯內(nèi)還有硫化物、氯化物等。窯襯的作用1、保護(hù)窯筒體2、減少筒體散熱損失3、蓄熱、進(jìn)行熱交換高溫、物料的機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕一般回轉(zhuǎn)窯筒體外表散熱損失占總熱耗的15%左右。襯磚可以作為傳熱介質(zhì)，從氣體中吸收一局部熱量，以傳導(dǎo)及輻射方式傳給物料水泥窯對(duì)耐火材料性能的要求2回轉(zhuǎn)窯對(duì)窯襯的要求1、耐高溫性強(qiáng)，荷重軟化溫度點(diǎn)高2、化學(xué)穩(wěn)定性好3、熱震穩(wěn)定性好4、耐磨及機(jī)械強(qiáng)度好5、良好的掛窯皮性能6、氣孔率要低7、熱膨脹系數(shù)要小高溫持續(xù)生產(chǎn)氧化物、氯化物和硫化物等窯況不穩(wěn)、檢修等物料的滑動(dòng)、氣流粉塵的摩擦保護(hù)窯襯抵抗腐蝕性氣體的侵蝕過(guò)大的熱膨脹應(yīng)力會(huì)造成襯磚剝落1、粘土磚優(yōu)點(diǎn)：耐磨性較好導(dǎo)熱系數(shù)小熱震穩(wěn)定性好缺點(diǎn)：耐高溫和耐化學(xué)侵蝕性差使用部位：枯燥帶、預(yù)熱帶、分解帶和冷卻機(jī)內(nèi)；水泥窯常用耐火材料產(chǎn)品和性能32、高鋁磚與粘土磚相比，耐火度高，荷重軟化溫度高，抗剝落性較好，機(jī)械強(qiáng)度和抗化學(xué)侵蝕性都較好；熱震穩(wěn)定性能有待提高；氣孔率有待降低；使用部位：窯口、冷卻機(jī)、冷卻帶；3、耐堿磚利用半硅質(zhì)原料，以化學(xué)結(jié)合不燒工藝生產(chǎn)而得，具有強(qiáng)度高、隔熱效果好和抗堿侵蝕能力強(qiáng)的特性；使用部位：預(yù)熱分解器、窯外分解器。由于原料和燃料中鉀、鈉、氯、硫生成堿的硫酸鹽和氯化物等組分的揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致在窯中這些組分的富集，使預(yù)熱器內(nèi)的窯料和窯氣中R2O、Al2O3和Cl-含量增加，對(duì)普通粘土磚和高鋁磚侵蝕嚴(yán)重；〔形成白榴石和鉀霞石等礦物造成破壞〕。4、碳化硅磚特點(diǎn)：高溫強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、耐磨、耐侵蝕；

使用部位：耐磨部位5、堿性耐火磚5.1鎂鉻磚普通鎂鉻磚—以硅酸鹽為結(jié)合相；直接結(jié)合鎂鉻磚—方鎂石和尖晶石之間固相反響，直接結(jié)合；半直接結(jié)合鎂鉻磚—上述兩種結(jié)合形式的混合；普通鎂鉻磚和半結(jié)合鎂鉻磚多數(shù)用于普通回轉(zhuǎn)窯的燒成帶；在大型窯內(nèi)，窯溫在1700℃以上，燒成帶要采用直接結(jié)合鎂鉻磚。5.2鎂尖晶石磚具有比鎂鉻磚優(yōu)良的熱機(jī)械性能和抗化學(xué)侵蝕能力，以及無(wú)鉻化的優(yōu)點(diǎn)，從上世紀(jì)80年末開(kāi)始在預(yù)分解窯中逐步取代鎂鉻磚。5.3白云石磚掛窯皮性能較好，不會(huì)與物料發(fā)生反響，高耐火性能和體積穩(wěn)定性能；抗熱震穩(wěn)定性較差；磚在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中必須采取防水化和受潮措施；用于燒成帶。5.4鎂鋯磚工業(yè)廢燃料的應(yīng)用，增加了窯內(nèi)有害物質(zhì)的富集，假設(shè)燃料中含硫量較高且過(guò)渡帶溫度超過(guò)1500℃時(shí)，尖晶石磚易被熟料侵蝕，生成C12A7或C4A3S〔無(wú)水硫鋁酸鈣〕，導(dǎo)致耐火磚剝落損壞；鎂鋯磚耐火度高，在氧化鋯顆粒周圍形成的微裂紋，可吸收外力。同時(shí)，對(duì)有害物質(zhì)如硫化物、氯化物和堿金屬氧化物蒸汽的抗侵蝕能力較強(qiáng)。隔熱材料多孔、質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫性能好；廣泛應(yīng)用于預(yù)燒帶、分解帶、冷卻系統(tǒng)，以降低機(jī)體外表溫度和散熱損失；要求：足夠的強(qiáng)度；一定的耐高溫性能和抗堿侵蝕性能好；1、硅鈣板以硅質(zhì)材料和石灰為材料制備；制品主要由硬硅酸鈣石〔6CaO·6SiO2·6H2O〕和纖維組成，使用溫度可達(dá)1050℃；2、隔熱磚2.1以含硅礦物為根本材質(zhì)+外加劑制成輕質(zhì)骨料+可產(chǎn)生微孔的結(jié)合劑，制成坯體煅燒而得；2.2以硅藻土為原料，以膨潤(rùn)土為結(jié)合劑，木屑為燃料，配以輕質(zhì)骨料，壓坯煅燒而得；不定形耐火材料名稱耐堿澆注料高鋁質(zhì)低水泥澆注料抗結(jié)皮澆注料噴煤管自流澆注料剛玉質(zhì)高強(qiáng)低水泥澆注料耐火搗打料使用部位預(yù)熱系統(tǒng)窯口冷卻機(jī)前端煙室窯尾噴煤管大型窯爐窯口噴煤管窯口冷卻機(jī)使用溫度1300℃1500℃1400℃1650℃1750℃1500℃水泥窯用不定形耐火材料舉例還有用于搶修的噴涂料，原理及應(yīng)用與前面章節(jié)所述一樣；耐火泥填充磚縫，是砌磚成為一個(gè)整體。品種有：粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂質(zhì)等……回轉(zhuǎn)窯耐火材料的選擇一般遵循以下的原那么：1、在燒成帶和兩側(cè)過(guò)渡帶內(nèi)有穩(wěn)定窯皮的部位應(yīng)采用堿性材料；對(duì)生產(chǎn)能力較小，開(kāi)停又頻繁的窯可采用高鋁磚；2、在窯皮不穩(wěn)定甚至露磚的過(guò)渡帶內(nèi)應(yīng)采用尖晶石磚。生產(chǎn)能力較小且窯溫較低的窯，在過(guò)渡帶內(nèi)采用高鋁磚；3、在分解帶內(nèi)，其熱端部位已經(jīng)產(chǎn)生硫酸堿鹽熔體和局部熟料熔體，因而已粘掛不穩(wěn)定的浮窯皮。可采用尖晶石磚，溫度低于1350℃的部位可采用高鋁磚；4、預(yù)熱等其它部位，襯里外表溫度低于1200℃的，可采用粘土質(zhì)耐火材料；水泥窯常用耐火材料的配置41〕回轉(zhuǎn)窯卸料口和冷卻帶要求：兩處的耐火襯料由于受高溫熟料、二次空氣及高溫火焰的共同作用，機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕很強(qiáng)烈。因此要求具有良好的耐磨性、抗渣性和耐熱震性。

選用：冷卻帶一般使用I級(jí)高鋁磚(A12O3含量為65％--75％)、耐熱震高鋁磚、尖晶石磚、鉻鎂磚以及磷酸鹽磚等；卸料口常用高鋁磚、耐火混凝土(剛玉為骨料)和碳化硅磚等。回轉(zhuǎn)窯各部位用耐火材料2〕回轉(zhuǎn)窯燒成帶要求：回轉(zhuǎn)窯燒成帶的耐火襯料主要受到高溫沖擊和化學(xué)侵蝕(堿性侵蝕)，因此要求使用具有足夠的耐火度和高溫下易掛窯皮的耐火材料，選用：鎂磚、鉻鎂質(zhì)磚；3〕回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶(放熱反響帶)要求：該處的窯皮會(huì)時(shí)掛時(shí)脫，溫度變化頻繁，筒體溫度較高，化學(xué)侵蝕較嚴(yán)重，因此要求是能夠承受高溫沖擊、且具有較高的高溫抗折強(qiáng)度和較小的彈性模量耐火材料，選用：由剛玉(A12O3含量為50％--80％)與鋁礬土制成的高鋁磚、直接結(jié)合鉻鎂磚、普通鉻鎂磚和尖晶石磚等。4〕預(yù)熱器和分解爐要求：耐火材料的耐高溫和隔熱保溫性能選用：上面幾級(jí)溫度較低的旋風(fēng)筒，可以用澆注料(耐火混凝土)直接澆注。下面幾級(jí)預(yù)熱器、分解爐以及聯(lián)結(jié)管道可采用耐堿的及耐磨的粘土磚，并加以隔熱復(fù)合層。頂蓋局部采用耐火磚掛頂，背襯礦渣棉，也可采用澆注料澆注。各個(gè)彎頭處多使用澆注料澆注。窯尾上升煙道等處可采用結(jié)構(gòu)較為致密的半硅質(zhì)粘土磚，以防堿的侵蝕。5〕水泥熟料冷卻機(jī)系統(tǒng)篦式冷卻機(jī)采用的耐火襯料有耐火磚、輕質(zhì)澆注磚、隔熱磚和隔熱板材等，高溫區(qū)域及下料喉部區(qū)域以及高溫區(qū)域可以采用普通鉻鎂磚、高純度的高鋁磚。中溫、低溫區(qū)域那么可以采用粘土磚。傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)使用耐火材料舉例部位窯襯材料(1)回轉(zhuǎn)窯后窯口高鋁質(zhì)澆注料、粘土磚分解帶高鋁隔熱磚、粘土磚等過(guò)渡帶1磷酸鹽結(jié)合高鋁磚過(guò)渡帶2尖晶石磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁磚燒成帶鎂鉻磚、半直接結(jié)合鎂鉻磚冷卻帶磷酸鹽結(jié)合高鋁磚前窯口鋼纖維增強(qiáng)高鋁質(zhì)澆注料等

部位窯襯材料(2)回轉(zhuǎn)窯后窯口(鋼纖維增強(qiáng)或)高鋁質(zhì)澆注料分解帶耐堿隔熱磚或隔熱粘土磚過(guò)渡帶1抗剝落高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高