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水泥窑耐火保温材料的设计与用料

     耐火材料的设计

    衬料设计是提高衬料使用周期重要的环节,设计时必须做好合理地选用衬料,设计时采取措施减少衬料承受的热、机械应力、合理地选择砖型、减少热损失及增强衬体的牢固性。
    1、合理地选择砖型尺寸。衬料设计时,首先应对系统内装备的形状和生产特点作分析判断,尽可能地选用耐火浇注料,以减少衬砖的使用。
    2、减少筒体散热损失。衬料设计时应尽量减少筒体温度,减少散热损失,有利于烧成系统内热工稳定,此外筒体温度愈低,则金属筒体变形愈小,对衬料产生的热机械应力也愈小。
    3、增强衬体的牢固性。生产过程中,衬料受热、机械作用,造成装备的某些部位衬体出现塌跨现象,解决衬体牢固性也是提高衬料使用周期的一个重要方面。预分解窑生产过程中,衬砖承受各种形式的热、机械应力的作用,窑内衬砖的损坏和掉砖事故的原因是多方面的,除了衬砖和火泥泥浆的选用以及生产操作因素外,在衬砖设计时,砖型、砖缝以及档砖圈的型式和设置部位直接影响衬砖的牢固。不动设备衬体设计时,砖型、托砖板、锚固件的型式和设置部位必需考虑周到。
    4、部分设备特殊部位衬体的特种要求。在系统设备的部份衬墙设计中,必须解决的特殊技术要求,如大型装备的顶盖、重碱硫氯侵蚀部位的托砖板,需防止气流接触,篦冷机的直角墙体,以及燃烧器的浇注料和锚固钉的配置,都对衬料设计和衬料提出了相应的技术要求。
    高铝质
    耐火材料氧化铝含量小于25%的耐火材料,具有较好的抗碱侵蚀性能,但耐火度较低,而氧化铝含量较高的耐火材料,其耐火度高,但抗碱侵蚀能力较差,当工业固体废弃物大量用作原燃料时,在超过1200℃的部位,出现碱富集,高铝质耐火材料很难适应。由于碳化硅具有较强的抗碱性能,与碱反应后,生成一层黏性极高的、又无裂纹的保护层。其sic具有极高的导热性能和耐磨蚀性能,所以由al2o3、sic组成的高耐碱性耐火材料相继出现,并产生非常好的效果,能满足烧成系统分解炉、回转窑、窑门、篦冷机、三次风管、前窑口等不同部位工况和需求。
    碱性耐火材料
    1、镁铬砖。具有良好的高温性能,良好的抗sio2侵蚀和抗氧化还原作用,及优良的高温强度,较好的挂窑皮能力,被大量使用在水泥窑烧成带。但在气体内铬化物含量超过10mg/m3,水溶液含铬量超过0.5mg/m3时,将对人体产生极为严重的危害,从20世纪80年代中期,由于环保、卫生等方面的原因,镁铬砖的使用受到一定的限制。
    2、尖晶石砖。20世纪90年代出现的尖晶石砖,不但具有较强的挂窑皮能力,而且在抗碱、硫熔融物和熟料液相侵蚀的能力,抗热震和窑体变形产生的机械应力及在抗热负荷等方面,具有一系列的优点,性能优于镁铬砖,成为当今世界碱性砖技术发展的主流。
    3、镁锆砖。氧化锆熔化点为2715℃,温度超过1660℃才被熟料侵蚀,因此镁锆砖具有较高的耐火度。而氧化锆颗粒的另一特点是颗粒四周形成微裂纹,从而吸收外部应力,在热态和冷态条件下,具有较大的抗断裂强度。在与尖晶石砖的系列对比试验中,镁锆砖对so3、co2、碱氯蒸汽等有害物抗侵蚀能力,对熟料液相抗侵蚀能力,氧化还原气氛对其的影响及耐压强度等方面都具有明显的优点。
    保温材料
    在常规耐火衬料设计时,保温材料一般采用硅酸盐钙板,而固体废弃物在窑中处理时增加了碱氯硫的富集量,如果沉集在硅钙板中,易使硅钙板粉化,热损失加重,同时会严重腐蚀金属锚固件,影响工作层的正常使用。为缓和此状况,现出现了隔热耐火浇注料来取代硅钙板,并取得了明显的效果。
    锚固件
    随着水泥工业的迅速发展,相应一些减缓金属腐蚀的设计技术及耐腐蚀性强的材料也相继出来,主要有如下几个方面:
    1、在一些碱、氯、硫富集的部位,使用浇注料时,采用抗碱氯硫侵蚀的陶瓷锚固件,这样就缓解了因烟气侵蚀金属锚固件而导致耐火材料的损坏,延长了耐火材料的使用周期。
    2、近年来研究表明,在金属锚固件表面涂上一层抗碱氯硫侵蚀的涂层,将有害物与金属锚固件隔开,有效地保护锚固件,延长其使用寿命,从而提高耐火衬料的使用周期。
    3、由于锚固件的腐蚀主要是因烟气穿过膨胀缝、耐火衬料的裂缝等等进入材料内部结构,在高温下直接侵蚀锚固件,影响耐火材料的正常使用,有些厂家已经将材料设计为两层,工作层和轻质隔热层,将膨胀缝错开,阻塞了烟气的进入,有效地保护了金属锚固件,进而促进耐火衬料的正常使用。同时,由于耐火衬料分为两层,轻质隔热层的容重远远低于工作层,所以整体耐火衬料重量减轻,减缓了锚固件的机械应力,从而延长其使用寿命。
    合理选用耐火材料
    根据预分解窑生产特点,以及窑内衬料所承受的化学及热应力、机械应力等,对于生产系统各主要设备内耐火材料的选用大致如下:
    1、烧成带和上下过渡带均使用碱性砖,其品种有镁铬砖、尖晶石砖、含锆和不含锆的特种镁砖及白云石砖等。在窑皮不稳定甚至常有露砖的过渡带内一般选用尖晶石砖,在碱硫侵蚀严重的窑内,选用硅莫砖(sic浸渗高铝砖),在碱硫侵蚀低的窑内也可选用镁铬砖。生产规模小、窑温低、碱硫侵蚀低的上过渡带后端可考虑特种高铝砖。在分解带内的热端部位,若砖受侵蚀较快,寿命太短,也可采用硅莫砖或尖晶石砖,否则可用特种高铝质砖。分解带的其余部位,则应采用特种高铝质砖。
    2、大型窑的窑门罩及篦式冷却机喉部和高温区内温度偏高的部位(1250℃以上),可采用抗剥落高铝砖、硅莫砖或特种高铝砖做工作层材料。
但从衬体的使用寿命、衬体的牢固性及材料的施工性能等来考虑,宜采用低水泥高强、高铝耐火浇注料,并根据工况条件来选用。
    3、在窑尾预热部位包括窑内分解带以后的部位,预热器和分解炉系统,三次风管系统内,衬料表面温度>1200℃的部位,应采用硅莫砖、抗剥落砖或特种高铝砖,或采用与上述砖性能接近的低水泥高强高铝质耐火浇注料,上述部位的衬料表面温度<1200℃,应采用系列耐碱砖或耐碱浇注料。
    4、窑口部位可采用耐磨性能优良的特种高铝质耐火砖和高铝碳化硅耐火浇注料。燃烧器外保护衬一般采用低水泥型高铝-碳化硅质耐火浇注料或特种高铝质耐火浇注料。
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