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耐火材料工业炉窑技术现状

 耐火材料工业炉窑技术现状

    随着国内技术开发水平的提高和国际技术经济交流的扩大,耐火材料工业炉窑技术得到长足发展。
    1、电加热炉窑
    近年来电加热炉窑的应用在逐步增多,大多用于镁碳砖、长水口、滑板等制品的热处理,也用于滑板、长水口的焙烧及氮化硅等特种耐火材料的烧制。电加热炉生产灵活,温度控制方便可靠,生产环境好。电加热炉窑中,用于热处理的炉窑大多以连续性炉窑为多,使用温度一般在200℃~350℃,装机功率150kw~300kw。焙烧炉窑多为间歇作业,使用温度大多在400℃~700℃,装机功率随产品品种和升温速率要求,差异较大,多在250kw~500kw。生产氮化硅结合碳化硅砖的电加热炉窑温度<1400℃。
    2、不富氧超高温煅烧技术
    耐火材料工业三大技术为:高纯原料、高压成型和高温烧成。在高温烧成方面,我国开发了不富氧超高温煅烧技术,并相继在超高温隧道窑、超高温竖窑、超高温回转窑中得到广泛应用。这类超高温炉窑的主要技术特征是,不富氧条件下,煅烧温度在1800℃以上。实现超高温的技术要点是:采用高热值燃料,如油、天然气等;利用各种窑型的各自特点,对助燃空气和煅烧制品进行强化预热;合理控制助燃空气系数等,最终实现炉窑的高温高效。
    超高温隧道窑
    超高温隧道窑主要用于制品的烧成,烧成温度可达1800℃~1900℃,高温技术成熟、可靠,已广泛应用于高纯镁质、镁铬质、镁铝质及刚玉质等制品的烧成。
    目前国内超高温隧道窑已建几十条,其主要技术性能是:窑长度:50m~130m;窑宽度:1.1m~3.2m;生产能力:5000t/a~32000t/a;单位产品热耗:6600kJ/kg~6900kJ/kg。
超高温隧道窑多采用双层拱顶预热助燃空气,使其温度可达1000℃左右,从而有利于提高烧成温度,也有延长拱顶窑衬寿命的作用。
    超高温竖窑
    超高温竖窑用于煅烧高纯耐火材料原料,且以碱性材料居多,窑温可达1900℃~2000℃。现国内已投入使用的超高温竖窑主要性能:有效容积:3.5m3~19m3;窑内径:φ700mm~φ1600mm;生产能力:7000t/a~50000t/a;单位产品热耗:2000kJ/kg~2500kJ/kg。
    超高温竖窑利用系数大,生产率高。实际生产中,炉窑利用系数可达5t/m3 d~7t/m3 d,部分炉窑可达7t/m3 d~10t/m3 d。实现超高温的主要技术措施是:使窑内二次空气与物料良好接触,充分吸收物料的物理热,在进入煅烧带前温度已达到1500℃以上。同时燃料通过烧嘴喷入窑内,直接在炽热的物料上汽化燃烧,燃烧效率高,炉窑高温系数可达0.9以上。
    超高温回转窑
    超高温回转窑窑内温度可达1800℃~1950℃。主要用于煅烧烧结刚玉、合成莫来石、镁铝尖晶石、镁铬砂和镁钙砂等耐火原料,适应范围广,煅烧质量均匀。
    国内现有的高温回转窑有两种规格:φ1.7m×40m和φ2m×60m,生产能力为6000t/a~20000t/a,单位产品热耗为9900kJ/kg左右。为达到超高温煅烧,采取了以下几点措施:1)煅烧带内衬为高档耐火材料,外层为隔热材料,控制筒体的表面温度低于普通回转窑,有利于提高煅烧温度,同时也节省了能源;2)通过回收窑尾烟气的余热,预热一次空气,并对二次空气入窑进行调控,从而在不用富氧的条件下,实现煅烧温度大于1850℃;3)通过对一次风系统的调节,可以有效改变烧嘴火焰的直径和长度,从而达到调节煅烧带的长度和火焰温度;4)通过对窑内压力和燃烧系统压力的自动调节,确保燃烧的稳定,并具有调节灵活可靠的特点。
    3、轻型节能梭式窑
    梭式窑是可取代倒焰窑的新型间歇式炉窑,是国内近十年来发展最为迅速的窑型之一。典型的梭式窑以轻型、薄壁、节能为特征,其主要特点是:a)适应多品种小批量生产,组织生产灵活,满足以销定产要求;b)采用轻型薄壁式窑墙结构,内衬采用高温轻质材料,隔热好,蓄热量少;c)新型梭式窑采用高速等温烧嘴,高低错落布置,喷出高速气流,使窑内气流强烈地旋转,对流换热效果极大提高,高温阶段窑内各点温差可控制在5℃以内。在低温阶段,采用调温风增大烟气量,调节喷入窑内烟气温度,窑内温差在5℃~10℃之间。采用高速等温烧嘴后,升温、降温速度快,故烧成周期短,提高了窑的周转率,节约了燃料;d)装卸砖在窑外进行,生产劳动条件大大改善;e)可配置适宜的检控仪表,采用PLC控制,实现全自动化操作。
    各种梭式窑都采用了适当的烟气余热回收措施。通过生产实践表明,轻型节能梭式窑燃料消耗仅是普通倒焰窑的30%~40%。国内现有梭式窑容积一般在10m3~80m3范围内,最近引进了300m3烧硅砖用大型梭式窑。梭式窑烧成温度1000℃~1800℃,可采用天然气、煤气、柴油、液化气等作燃料。梭式窑主要用于生产高档耐火材料,如镁质制品、滑板、水口、刚玉砖、窑具等耐火材料。
    4、炉窑自动化程度
    随着自动化技术的发展,耐火材料工业炉窑的控制水平也在提高。近年来,国内一些耐火材料工业炉窑已实现自动化控制,其主要特点是:a)采用DCS或小系统控制站,通过检测和控制设备对炉窑生产过程进行监视、自动操作;b)采用燃料-空气比例燃烧,实现炉窑燃烧的合理和节能;c)采用分区控制温度技术,对不同炉窑制定相应的分区方案,以实现炉窑内温度的合理分布和控制。在隧道窑中根据烧成品种的烧成曲线温度分布,设置5-12个温度控制区进行控制。在梭式窑中,根据窑门、窑顶、窑底等各部位的传热差异,设4-9个温度控制区,实现全窑的自动控制;d)对炉窑的升温、保温、降温过程实行自动控制。特别对梭式窑已可实现点火、升温、保温、冷却全过程控制,减少操作中人为因素的影响,提高产品成品率。
    5、环保技术的应用与推广
    耐火材料厂生产中存在的污染问题,使上海、北京、广州等大城市,对建在市区内的耐火材料厂,采取迁建或限停产措施。耐火材料工业炉窑是重点污染源,近年来着重推广的环境保护措施是:a)采用高效除尘器净化烟尘。烟尘净化重点推广高效布袋除尘器,由于受滤袋限制,要求进布袋除尘器的烟气温度小于260℃~300℃。炉窑烟气经过高效除尘器处理后,烟尘含量可控制在100 mg/m3以内;b)沥青烟气的处理。滑板、镁碳砖等制品需要浸渍焦油,然后再在炉窑中焙烧,脱除挥发份,于是产生沥青烟气,对工作场所和周围环境产生污染。
    在沥青烟气处理上曾采用“白土吸附” 工艺,即用白土吸收沥青烟气,吸污后的白土进行焚烧处理。此工艺繁杂,运行成本高,并存在二次污染问题,实际运行效果并不理想。
    一些企业根据自身条件,采取焚烧沥青烟的方法,工艺过程简单。现在有些产品使用有机结合剂,在热处理时排放有害物,也采取焚烧废气的方法,将废气在热风炉中焚烧,焚烧温度>750℃,燃烧容积热强度在1300 GJ/m3h左右。
    近年来,在部分油浸设施上采用了“洗油吸附”工艺。采用洗油吸收沥青烟气,其工艺流程如图1所示。洗油吸附沥青烟气饱和后,可作为其它炉窑的燃料使用,降低成本,投产后使用效果较好。
    6、先进炉窑和落后炉窑并存
    80年代以来,耐火材料工业迅猛发展,中国已成为世界耐火材料生产大国、出口大国。一些国外合资或独资企业进入中国市场,它们一般都有较强的经济实力和先进生产技术,在国际市场上有良好的声誉,但其工业炉窑,大都采用我国的技术,从而反映出我国先进的炉窑已获得国外同行的认可。民营企业在市场经济下发展迅速,有一些效益好的企业新建了较高标准的生产线,但从民营企业总体来看,起点较低,装备水平相对落后,还有相当数量的土竖窑和倒焰窑。这造成先进炉窑与落后炉窑并存局面,落后炉窑与节约能源和环境保护的要求不相适应,先进炉窑还应不断进步提高。
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