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水泥技术

新型干法水泥窑无铬化配套技术的研究
更新日期:2012-12-27 来源: 中国建材报
 

??????? 在上世纪30年代,普通镁铬砖成为水泥回转窑高温带窑衬的主体材料,70年代,石油价格暴涨,促进了水泥窑向大型化预分解窑的方向发展。与传统窑相比,预分解窑窑温增高、窑速增快,普通镁铬砖已不能适应,直接结合镁铬砖应运而生。直接结合镁铬砖由于其高温强度高、抗渣性好、高温热力学性能优良,迅速取代传统镁铬砖,目前为新型干法水泥窑高温带使用的主导材料。但水泥窑用镁铬砖在使用及使用后会生成水溶性六价铬盐化物R2CrO4和R2(Cr,S)O4,这些化合物化学稳定性高,是水溶性致癌物质,造成环境污染。如何解决含铬耐火材料造成的“铬公害”问题,成为广大耐火材料科技工作者迫切需要解决的问题。

  镁铝尖晶石砖以镁砂和预合成的镁铝尖晶石为原料制成,其高温性能高,抗碱侵蚀能力强,目前被广泛应用于水泥窑上下过渡带,尤其是过渡带和烧成带末端部位。而镁质产品的导热系数比较大,窑体温度过高,造成能源浪费。近些年,硅莫砖在水泥窑的过渡带上使用越来越普遍,可是在轮带区其使用还存在一定的限制。但由于硅莫砖导热系数比镁铝尖晶石砖小,如果能改进其高温性能、提高韧性,延长其使用范围,使其与烧成带无铬砖相连接,将有效降低能源的损耗。

  我们立足于推动新型干法水泥窑用耐火砖无铬化进程并实现节能长寿命,通过烧成带用方镁石-复合尖晶石砖,避免了镁铬砖的六价铬污染问题,达到水泥窑高温带用耐材的无铬化;过渡带用塑性相复合低导硅莫砖,解决了该部位使用镁铝尖晶石砖或镁铬砖的筒体温度较高的问题,实现水泥窑高温带用耐材的节能效果,从而实现新型干法水泥窑无铬化。

  水泥窑主流配套方案

  目前国内大型干法水泥窑高温带用耐火材料的标准配套方案是:烧成带采用直接结合镁铬砖+过渡带采用镁铝尖晶石砖。

  但该配套方案存在以下主要问题:1.直接结合镁铬砖使用废弃处理不当会产生六价铬盐的污染问题,不环保。随着环保意识的提高,欧美等国已通过立法来限制镁铬砖的使用,并开发出适合水泥窑高温带使用的无铬砖。而在国内适用的无铬砖发展缓慢,水泥窑高温带,尤其是烧成带,大部分还是使用镁铬砖。随着国务院今年正式批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》,《规划》要求,到2015年,重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放比2007年削减15%,水泥窑高温带用耐火材料的无铬化已成为必然趋势,无铬砖的研制与应用势在必行。2.镁铝尖晶石砖导热系数大,使得窑筒体外壁温度较高,使窑筒体散热增加,不节能。另外筒体温度偏高还极易使筒体受热膨胀超标,给设备后期运行带来较大隐患。3.高温带耐材整体使用寿命基本上不到1年,尤其是烧成带与过渡带交界的的轮带区域,该区域机械应力大,加上窑皮不稳,热波动频繁,加剧了耐火材料的损坏速率,使用寿命经常低于10个月,成了水泥厂心中的“麻烦带”。

  无铬化配套技术的研究

  新型干法水泥窑高温带窑衬经受最严重的热学、力学、化学破坏作用。所用耐火材料必须满足以下关键性能要求。

  1.挂窑皮性能:水泥窑烧成带的耐火砖热面上黏挂窑皮的能力,即挂窑皮性能,对耐火砖的保护作用非常重要。当耐火砖面黏挂上厚度适当的窑皮时可大大降低耐火砖热面温度及波动幅度,同时大大减缓高温液相(水泥熟料、碱盐等)对耐火砖的侵蚀和渗透速度。总之,挂窑皮性能是烧成带用耐火材料最为重要的性能,无铬砖的挂窑皮性能至少要与镁铬砖的相当,才能确保无铬砖的应用效果。

  2.热震稳定性能:水泥回转窑旋转一周的过程中,耐火砖热面会产生200℃~300℃的温差,当水泥窑运行不规律或频繁停窑检修时,耐火砖热面温差会更大,需要耐火砖具备良好的热震稳定性能。一般要求烧成带用耐火砖的热震稳定性大于4次(1100℃,水冷)或30次(950℃,风冷);过渡带用耐火砖由于没有稳定窑皮的保护,其热震稳定性要求更高,一般要求大于10次(1100℃,水冷)。

  3.高温韧性:在水泥回转窑过渡带的轮带区域,一般情况下该处的椭圆度较大,导致应力集中水平高,耐火砖在高温服役期间承受较大的应力,如果耐火砖的韧性不足,很容易造成砖的机械应力破坏。

  4.抗化学侵蚀(渗透)性能:水泥窑烧成带虽然有稳定窑皮保护,当该部位在窑皮脱落时的短期热负荷最大,化学侵蚀反应剧烈;而过渡带用耐火砖虽然温度较低,但是该部位窑皮薄且不稳定,长期热负荷较重,化学侵蚀(渗透)严重。因此选择合适的原料配方及合理的气孔率和气孔分布是提高高温带用耐火砖抗化学侵蚀的关键。

  5.高温耐磨性能:高温耐磨性能对没有稳定窑皮保护的水泥窑过渡带用耐火砖来说十分重要,优良的耐磨性能可以大大减少窑内水泥熟料块的机械磨损量,大幅提高该部位耐火材料的使用寿命。

  6.导热系数:水泥窑高温带用耐火材料较低的导热系数,一方面可使筒体外壁温度较低,减少筒体表面散热量,减少了熟料热耗;另一方面可减少筒体受热膨胀量,降低窑托轮瓦温度,减少了筒体设备运行故障。

  近年来,项目组在分析水泥窑高温带耐材的使用要求和调研国内外无铬砖发展现状基础上,通过与各大高校的合作,成功开发出了方镁石-复合尖晶石砖和塑性相复合低导硅莫砖。并且通过研究和实践,确定了一套新型干法水泥窑高温带耐火砖无铬化配套方案:方镁石-复合尖晶石砖(烧成带)+塑性相复合低导硅莫砖(过渡带)。

  从塑性相复合低导硅莫砖和方镁石-复合尖晶石砖相比国内外同类产品具有更优的综合指标。方镁石-复合尖晶石砖具有与镁铬砖相当的挂窑皮性能,而作对比的镁铝尖晶石砖表面黏挂水泥熟料数量很少,这与耐火砖在水泥窑高温带实际挂窑皮状况相吻合。方镁石-复合尖晶石砖(烧成带)+塑性相复合低导硅莫砖(过渡带)的配套方案可以实现新型干法水泥窑高温带用耐火砖的无铬化。方镁石-复合尖晶石砖和塑性相复合低导硅莫砖系列产品综合理化指标优于国内外同类产品。

 

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