水泥回转窑用耐火材料有哪些？

在水泥行业，生产水泥所用的工艺方法随着所用窑炉的改变产生了系列的质变和量变，推动了整个行业的快速发展。水泥窑型先后经历了竖窑-机械立窑-湿法回转窑-新型干法回转窑几个阶段的发展，干法生产水泥是目前最为成熟稳定的水泥生产工艺。随着水泥行业的发展，干法回转窑的熟料产量从早期的每天2000吨、3000吨、4000吨、5000吨逐步发展到了每天10000-14000吨，而且随着国家环保政策的要求，利用干法水泥窑协同处置垃圾和危险废弃物已经成为行业趋势，但是在利用水泥窑协同处置危废工作发展迅速的同时，水泥窑的工况条件呈现恶化趋势，加剧了水泥窑用耐火材料的损毁。

新型干法水泥生产线主要由预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、三次风管几个系统构成，各自区域有着不同的工作特点和使用环境，新型干法回转窑由于工艺特性造成碱、硫等挥发性组份的富集、窑温提高、窑径加大、窑速加快、结构复杂等原因，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碎效应比传统窑要大，加之当前更高的环保节能要求，应根据工况特点，各区域应选用不同的耐火材料。
1、预热器耐火材料的选用
预热器的作用是利用回转窑及篦冷机冷却水泥熟料时的预热对水泥生料进行预热的余热利用系统，在这个系统里，预热器一般有4-6级（最高处为一级），已经均化配好料的水泥生料进入从最高层通过料管逐级进入预热器完成脱水和预加热，三次风管将冷却风预热引入最后一级预热器，物流向下流动，热风向上排出，逐级进行换热，实现对水泥生料的预热过程。
由于预热器和分解炉均为静止设备，可用较大的设备外壳，容纳较多的耐火材料，因此选用导热系数较低的保温材料，降低设备外壳温度，达到节能的目的。
部分预热器和分解炉形状复杂，可选用在成型上较灵活的耐火浇注料。
2、分解炉耐火材料的选用
当前分解炉大多采用抗剥落高铝砖作为窑衬。在缩口处和鹅颈管位置采用高铝质浇注料进行浇注施工。
为了解决窑尾及预热器和分解炉中因物料和窑内粉尘形成的结合物而造成结皮问题，需要在容易形成结皮的窑尾烟室和附属的下料管，烟管采用抗结皮浇注料进行砌筑。抗结皮浇注料是采用在浇注料中添加一定量的碳化硅而防止结皮的，碳化硅具有硬度高、浸润角小、抗侵蚀能力强的特点，各类硫氯碱盐及其共生物很难向内部渗透而粘挂，即使出现了粘挂窑皮现象，也很容易被清理。
3、回转窑各窑段耐火材料的选择
（1）窑尾喂料带到预热带耐火材料的选用
在接近窑尾部分或小型回转窑上，从用户成本角度，我们推荐使用耐压强度高、抗剥落性能好的抗剥落高铝砖。抗剥落高铝砖在窑尾部分的使用周期一般都在2年以上。
在回转窑的尾部约1米位置，由于处于回转窑末端，耐火砖需要固定，所以只能用浇注料进行砌筑，一般可选用窑口专用浇注料或钢纤维耐磨浇注料。
（2）过渡带耐火材料的选用
一般情况下，我们通常将过渡带分为两段，上过渡带和下过渡带，一般称接近预热带的部分成为上过渡带，接近烧成带的地方为下过渡带。在上过渡带一般采用1650硅莫砖（硅莫红砖）即可，下过渡带因为温度较高，所以只能采用镁铝尖晶石砖或1680硅莫砖（硅莫红砖），由于该区域温度较高，过渡带用耐火材料的使用寿命一般在12个月左右。
硅莫砖与镁铝尖晶石砖相比较具有导热系数低，热震稳定性好、性价比高的优势，镁铝尖晶石砖与硅莫砖相比较具有抗侵蚀性能更强的优势和导热率高的劣势，在系统处理垃圾水泥回转窑上，镁铝尖晶石砖的抗碱硫侵蚀效果更好，所以在大型回转窑，从安全系数考虑，仍大多采用镁铝尖晶石砖进行砌筑。
整体上，硅莫砖因性价比优势，在国内有替代镁铝尖晶石砖在水泥回转窑应用的趋势。

（3）烧成带耐火材料的选用
镁铁尖晶石砖不仅具有耐压强度高、热震稳定性好、柔韧性好、荷重软化温度高的特点，还具有直接结合镁铬砖易于粘挂窑皮的特性，有效解决了水泥窑用镁铬砖的污染问题，满足了水泥行业在新形势下对无铬碱性耐火材料的市场需求，还改变了进口碱性耐火材料的需求弹性，实现了水泥窑用无铬的国产化，在水泥行业得到了广发认可。
在实践过程中，结合烧成带与过渡带衔接区域采用镁铁尖晶石砖与硅莫砖因温度场变化频繁，极容易出现剥落损毁的行业现状，对镁铁尖晶石砖工艺进行了优化改良，根据各种原料的自身特性，采用合成铁铝尖晶石和镁铝尖晶石作复配的特殊工艺，研发生产了镁铁铝复合尖晶石砖，使铁铝尖晶石和镁铝尖晶石各自的优良特性进行互补，该产品具有较好的抗碱侵蚀能力和耐磨性，在温度较高时可以快速粘挂一层窑皮保护衬砖不受高温火焰冲刷，在低温时又具有良好的耐磨性不被磨损，可适用于整个回转窑。
（4）冷却带耐火材料的选用
在大型干法窑生产中，冷却带窑衬是大型回转窑中最薄弱窑衬之一，在冷却带，虽然环境温度没有高温带高，也没有烟气腐蚀，但受生产工艺限制，水泥回转窑冷却带都很短，回转窑窑口处离窑熟料温度高达1400℃，入窑二次风温度达1200℃，窑口几乎是完全裸露在1700℃高温火焰的辐射之下。
目前，水泥回转窑冷却带，除了窑口0-0.6米位置 ，剩余部分都采用了耐火砖进行砌筑，且大多采用镁铝尖晶石砖和硅莫砖进行砌筑。相比较而言，镁铝尖晶石砖比硅莫砖的抗侵蚀能力要好，但导热率较高，硅莫砖的导热率较低，但抗碱侵蚀能力不如镁铝尖晶石砖，所以，在该区域，如果用户的原料中的碱硫成分不高，用硅莫砖即可，如果经常出现碱硫成分过高引起的剥落现象，则选用镁铝尖晶石砖。
（5）窑口耐火材料的选用
水泥熟料冷却后通过窑口排往篦冷机，窑筒体与水平线成3.5%～4%的倾斜，窑内物料在窑运转时从窑尾向窑头方向运动，在运动物料的推力及窑内耐火砖的轴向应力的共同作用下，有往窑头方向移动的趋势，造成窑口的轴向挤压应力非常大，为了防止整体耐火砖产生位移，所以窑口部位只能采用浇注料进行整体施工，这里指的窑口仅指出料端0-1米位置，又称前窑口。
前窑口浇注料在高温环境下应该具备足够的耐火度、机械强度、热震稳定性和耐磨性，针对窑口薄弱的特性多采用具有优越抗热震性能、抗冲击性能和耐磨性能的窑口专用浇注料，公司研发的窑口专用浇注料采用先进的工艺配方，以优质刚玉、碳化硅、进口红柱石和添加剂制成，具有体积稳定性好，抗热震、抗侵蚀、耐磨损性能好的优点，在正常操作情况下，窑口专用浇注料的寿命可达到12个月以上。
4、篦冷机和窑门罩耐火材料的选择
在篦冷机下料口位置的耐火材料要承受出窑的热料磨损作用和强大的热风气流作用，而篦冷机区域内的施工面很不规则，无法用耐火砖进行砌筑，因此只能用浇注料进行整体浇注施工。
窑门罩是对篦冷机进行密封的砌筑结构，用于防止篦冷机及回转窑散发出的热量损失，将热风收集并通过三次风管输送进入预热器。窑门罩主要承受高温气体的冲刷作用，因形状不规则，大多用高铝质浇注料或钢纤维浇注料进行砌筑，与三次风管衔接位置，由于风速较高，含有熟料颗粒的热风会对该区域产生严重磨损，用高耐磨浇注料进行砌筑。为了降低热量损失，篦冷机、窑门罩浇注料施工前，必须在焊接锚固件后先粘贴一层硅酸钙板，然后再刷一层防水剂，最后再在内部用浇注料浇注施工。
5、三次风管耐火材料的选用
三次风管的作用是将篦冷机的多余冷却风引入预热器，主要承受高速高温风的磨损，三次风管的风温可达到1200度，所以还要承受部分热应力的作用。为了保温，三次风管也要粘贴一层高温硅酸钙板，然后再进行耐火砖的砌筑。
虽然三次风管长期处于静止状态，但风管内的风速最高可达20米/s，其中夹杂的水泥熟料颗粒对耐火砖构成的冲刷作用不可忽视，所以三次风管一般采用高强耐碱砖或1550硅莫砖进行砌筑，使用周期为2-3年。三次风管弯头部位，采用钢纤维浇注料进行砌筑。
6、喷煤管耐火材料的选用
喷煤管属于独立的燃料输送系统部件，煤粉和高压空气混合后由喷煤管输送进入回转窑进行燃烧。喷煤管由内部精密风道钢管构成，暴露于接近1700度的火焰下，且长期处于窑内二次风的强烈冲刷环境下工作，所以喷煤管外面需要浇注一层浇注料对喷煤管进行保护。喷煤管浇注料直接接触火焰，普通浇注料在高温状态下会产生收缩、裂纹，在高压风的冲刷下会很快脱落，高温性能不能满足喷煤管的工况条件，所以必须需用高温性能优良的喷煤管专用浇注料。喷煤管浇注料主要以刚玉和碳化硅复合生产，能够承受高温和高速气流的冲刷作用，一般情况下，使用周期为6个月以上。