大型水泥回转窑用耐火材料

1、大型水泥回转窑用耐火材料大型水泥回转窑用耐火材料水泥定义水泥定义水泥历史水泥历史水泥种类水泥种类粉状水硬性无机胶粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌凝材料。加水搅拌成浆体后能在空气成浆体后能在空气或水中硬化，用以或水中硬化，用以将砂、石等散粒材将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混料胶结成砂浆或混凝土。凝土。18241824年英国人阿斯年英国人阿斯普丁取得了专利被普丁取得了专利被命名为波特兰水泥；命名为波特兰水泥；18331833年全世界第一年全世界第一袋商业水泥是由法袋商业水泥是由法国企业国企业“拉法基拉法基所生产所生产18861886年英国人澳门年英国人澳门英泥青州厂英泥青州厂硅酸盐水泥硅酸盐水泥

2、火山灰水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥矿渣水泥矿渣水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥2011 2011 新增新增3亿吨产能亿吨产能开展速度世界第一开展速度世界第一产量产量20.6亿吨亿吨占世界总产量占世界总产量60%新增新增4000t/d干法生产线干法生产线87条条生产设备开展快生产设备开展快熟料耗煤熟料耗煤100kg/t水泥耗电水泥耗电100KVA/t单位能耗较高单位能耗较高计算机应用水平低计算机应用水平低高技术含量较偏少高技术含量较偏少CO2排放量惊人排放量惊人环境影响较大环境影响较大中国水泥工业现状中国水泥工业现状窑外预分解

3、系统窑外预分解系统悬浮预热器悬浮预热器回转窑系统回转窑系统冷却系统冷却系统新型干法水泥回转窑示意图新型干法水泥回转窑示意图3、 大型水泥回转窑对耐火材料的要求大型水泥回转窑对耐火材料的要求三次风管三次风管大型水泥回转窑与传统水泥窑相比具有以下特点大型水泥回转窑与传统水泥窑相比具有以下特点碱及硫、氯等挥发性组分侵蚀严重碱及硫、氯等挥发性组分侵蚀严重烧结温度提高，破坏加剧烧结温度提高，破坏加剧 烧结温度到达了烧结温度到达了1400140015001500，二次风温度，二次风温度达达12001200，出窑熟料温度可达，出窑熟料温度可达14001400以上以上筒体转速提高，直径增大，应力破坏。筒体转速

4、提高，直径增大，应力破坏。 要求耐火材料要有更高的整体稳定性和抗应力要求耐火材料要有更高的整体稳定性和抗应力破坏能力破坏能力冲刷磨损加剧导致耐火材料的破坏严重冲刷磨损加剧导致耐火材料的破坏严重根据不同部位耐火材料损毁机理有针对性地研究、根据不同部位耐火材料损毁机理有针对性地研究、生产特殊种类耐火材料生产特殊种类耐火材料回转窑耐火材料损毁原因回转窑耐火材料损毁原因化学侵蚀损毁，约占损毁的化学侵蚀损毁，约占损毁的27%27%机械应力损毁，约占损毁的机械应力损毁，约占损毁的37%37%热应力损毁，约占损毁的热应力损毁，约占损毁的36%36%对耐火材料要求对耐火材料要求 总体要求：总体要求：提高抗侵蚀

5、性、热震稳定性和耐磨性提高抗侵蚀性、热震稳定性和耐磨性提高抗侵蚀。参加碳化硅、氧化锆、氧化提高抗侵蚀。参加碳化硅、氧化锆、氧化铬及铝镁尖晶石等，降低气孔。铬及铝镁尖晶石等，降低气孔。提高热震稳定性。合理选择生产工艺，使提高热震稳定性。合理选择生产工艺，使气孔分布及强度有利于缓解应力，阻止裂气孔分布及强度有利于缓解应力，阻止裂纹扩散。纹扩散。 提高耐磨性。选择具有中、高温热态强度提高耐磨性。选择具有中、高温热态强度的材料，降低材料的临界粒度。的材料，降低材料的临界粒度。改变施工方式。采用自流浇注料、喷涂料、改变施工方式。采用自流浇注料、喷涂料、防爆浇注料和热硬性材料。防爆浇注料和热硬性材料。对耐

6、火材料要求对耐火材料要求u提高抗应力能力，增加高温强度提高抗应力能力，增加高温强度u增加保温性能增加保温性能 复合砖、保温材料复合砖、保温材料u科学、合理的砖型，准确的砖外形尺寸科学、合理的砖型，准确的砖外形尺寸 利用利用AnsysAnsys、DynaformDynaform和和AabaqusAabaqus等有限元软件等有限元软件分析回转窑各部位应力，分析回转窑各部位应力， 利用利用MathCADMathCAD进行内衬的传热计算，利用进行内衬的传热计算，利用AutocadAutocad进行进行砖型设计砖型设计 u砖的砌筑砖的砌筑 预留膨胀缝：正确使用火泥和纸板预留膨胀缝：正确使用火泥和纸板 u

7、砖的使用砖的使用 烘烤、冷却、挂窑皮、维护窑皮等。烘烤、冷却、挂窑皮、维护窑皮等。4、水泥回转窑用耐火材料、水泥回转窑用耐火材料预热与预分解系统预热与预分解系统回转窑系统回转窑系统冷却系统含三次风管冷却系统含三次风管抗剥落高铝砖抗剥落高铝砖磷酸盐耐磨砖磷酸盐耐磨砖耐碱浇注料耐碱浇注料钢纤维增强耐火浇注料钢纤维增强耐火浇注料高耐磨耐火浇注料高耐磨耐火浇注料莫来石高强耐火浇注料莫来石高强耐火浇注料高铝低水泥耐火浇注料高铝低水泥耐火浇注料刚玉质浇注料等刚玉质浇注料等6000t/d回回转窑配砖转窑配砖 以高纯原料以高纯原料( (主要是电熔或高纯烧结镁砂和铬矿主要是电熔或高纯烧结镁砂和铬矿),),经过高

8、经过高压成型压成型, ,高温烧成高温烧成, ,晶相间直接结合晶相间直接结合, ,具有气孔率低、耐压强度具有气孔率低、耐压强度高、高温下抗侵蚀、抗热震和抗剥落性好等性能，特别是挂高、高温下抗侵蚀、抗热震和抗剥落性好等性能，特别是挂窑皮性能优异。窑皮性能优异。直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖性能指标直接结合镁铬砖性能指标44444热震稳定性（热震稳定性（1100-冷水，次）冷水，次）不少于不少于16001600158015800.2MPa 荷重软化开始温度，荷重软化开始温度，不低于不低于4040404035常温耐压强度，常温耐压强度，不小于不小于29302950298029803000体

9、积密度，体积密度，kg/m3不小于不小于1818191919显气孔率，显气孔率，% 不大于不大于2.52.82.83SiO2，% 不大于不大于469912Cr2O3，% 不小于不小于8085707060MgO，% 不小于不小于DMC-4CMC -6DCM-9-ADMC-9-BDMC-12性能指标性能指标项目项目直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖44444热震稳定性（热震稳定性（1100-冷水，次）冷水，次）不少于不少于155016001600158015800.2MPa 荷重软化开始温度，荷重软化开始温度，不低于不低于4040404035常温耐压强度，常温耐压强度，MPa不小于不小于29302950

10、298029803000体积密度，体积密度，kg/m3不小于不小于1818191919显气孔率，显气孔率，% 不大于不大于2.52.82.833.2SiO2，% 不大于不大于469912Cr2O3，% 不小于不小于8085707060MgO，% 不小于不小于DMC-4CMC -6DCM-9-ADMC-9-BDMC-12性能指标性能指标项目项目直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖 普通镁铬砖以方镁石、镁铬尖晶石和少量硅酸普通镁铬砖以方镁石、镁铬尖晶石和少量硅酸盐为主晶相的碱性耐火制品。产品具有耐高温，盐为主晶相的碱性耐火制品。产品具有耐高温，抗侵蚀

11、，抗热震，高温下体积稳定等特点。抗侵蚀，抗热震，高温下体积稳定等特点。 半再结合镁铬砖采用优质半再结合镁铬砖采用优质镁砂镁砂、电熔镁铬砂电熔镁铬砂为为原料，制品具有较好的热震稳定性，抗水泥熟料侵原料，制品具有较好的热震稳定性，抗水泥熟料侵蚀性强的特点蚀性强的特点。原料：原料：高纯镁砂高纯镁砂和和铁铝尖晶石铁铝尖晶石；工艺：合理级配、高压成型、严格控制烧成温度及烧成气氛；工艺：合理级配、高压成型、严格控制烧成温度及烧成气氛；特点特点: :良好的柔韧性和热震稳定性、高温体积稳定性好、良好的柔韧性和热震稳定性、高温体积稳定性好、荷软温度高、挂窑皮性能优异。荷软温度高、挂窑皮性能优异。镁镁-铁铝尖晶石

12、砖铁铝尖晶石砖 2.62.62.62.6热导率热导率 W/MKW/MK不大于不大于16501650160016000.2Mpa0.2Mpa 荷重软化温度荷重软化温度不小于不小于55554545常温耐压强度常温耐压强度 MPaMPa不小于不小于2.92.93 3体积密度体积密度 g/cmg/cm3 3不小于不小于16161717显气孔率显气孔率 % %不大于不大于4.04.0- -7.07.03.03.0- -5.05.0AlAl2 2O O3 3% %1.51.52 2SiOSiO2 2% %不大于不大于5 5- -6 65 5- -7.57.5FeFe% %88888585MgOMgO% %

13、不小于不小于2.62.62.62.6热导率热导率 W/MKW/MK不大于不大于16501650160016000.2Mpa0.2Mpa 荷重软化温度荷重软化温度不小于不小于55554545常温耐压强度常温耐压强度不小于不小于2.92.93 3体积密度体积密度 g/cmg/cm3 3不小于不小于16161717显气孔率显气孔率 % %不大于不大于4.04.0- -7.07.03.03.0- -5.05.0AlAl2 2O O3 3% %1.51.52 2SiOSiO2 2% %不大于不大于5 5- -6 65 5- -7.57.5FeFeO O88888585MgOMgO% %不小于不小于高韧性

14、镁铁尖晶石砖高韧性镁铁尖晶石砖镁铁尖晶石砖镁铁尖晶石砖项目项目 镁钙砖是由煅烧的镁钙砂制成的碱性耐火材料，通常镁钙砖是由煅烧的镁钙砂制成的碱性耐火材料，通常CaOCaO含量到达含量到达40%40%以上，以上，主要用于回转窑烧成带。主要用于回转窑烧成带。易粘窑皮的原因：易粘窑皮的原因： 1450 1450时熟料中时熟料中C2SC2S熔点熔点19001900与砖中与砖中CaOCaO发生化学反响，在砖发生化学反响，在砖界面上生成界面上生成C3SC3S熔点熔点21302130，形成巩固而稳定的窑皮；，形成巩固而稳定的窑皮； CaO CaO与熟料反响提高了熔体的粘度，熟料熔体难渗透到砖的内部，从而与熟料

15、反响提高了熔体的粘度，熟料熔体难渗透到砖的内部，从而减少了砖的腐蚀剥落，稳定了窑皮减少了砖的腐蚀剥落，稳定了窑皮; ; 因窑皮厚，耐火砖外表温度降低，经受的热负荷与化学侵蚀减轻，因窑皮厚，耐火砖外表温度降低，经受的热负荷与化学侵蚀减轻，同时窑壁散失的热量减少。同时窑壁散失的热量减少。问题：如何解决生产、储存和使用过程中的水化问题。问题：如何解决生产、储存和使用过程中的水化问题。镁钙砖镁钙砖 以电熔镁砂、以电熔镁砂、锆英砂锆英砂为主要原料，经高压成型、高温烧为主要原料，经高压成型、高温烧成而制得。结构致密、气孔小且分布均匀、高温强度大、热成而制得。结构致密、气孔小且分布均匀、高温强度大、热震稳定

16、性好、抗碱侵蚀性及挂窑皮性能优异，适用于水泥回震稳定性好、抗碱侵蚀性及挂窑皮性能优异，适用于水泥回转窑的烧成带转窑的烧成带。 镁锆砖镁锆砖镁铝尖晶石砖镁铝尖晶石砖 用高纯镁砂和合成的用高纯镁砂和合成的镁铝尖晶石镁铝尖晶石为主要原料，主晶相为方镁为主要原料，主晶相为方镁石和尖晶石，有良好的耐侵蚀、抗剥落及耐高温等特点，可用于石和尖晶石，有良好的耐侵蚀、抗剥落及耐高温等特点，可用于大型干法水泥回转窑的过渡带。大型干法水泥回转窑的过渡带。 硅莫耐磨砖硅莫耐磨砖 以特级以特级高铝矾土熟料高铝矾土熟料、碳化硅和金属硅碳化硅和金属硅为主要原料，经高压为主要原料，经高压成型、高温烧成而制得。常温及高温强度大

17、、热震稳定性好、在成型、高温烧成而制得。常温及高温强度大、热震稳定性好、在使用过程中不断形成保护层、耐磨性好及抗剥落性强，适用于水使用过程中不断形成保护层、耐磨性好及抗剥落性强，适用于水泥窑的下过渡带、冷却带、窑口等部位。泥窑的下过渡带、冷却带、窑口等部位。 钢纤维增强耐磨高铝砖钢纤维增强耐磨高铝砖 以刚玉和特级矾土为主要原料，参加适量耐热不锈钢以刚玉和特级矾土为主要原料，参加适量耐热不锈钢纤维纤维( (约约1.5%)1.5%)，经高压成型、中温热处理而制成。具有较，经高压成型、中温热处理而制成。具有较好的韧性和抗机械冲击性能，体积稳定，热震稳定性好。好的韧性和抗机械冲击性能，体积稳定，热震稳

18、定性好。用于水泥窑前、后窑口、冷却机、窑内衬等部位。用于水泥窑前、后窑口、冷却机、窑内衬等部位。 磷酸结合高铝砖和磷酸盐结合耐磨砖磷酸结合高铝砖和磷酸盐结合耐磨砖 磷酸磷酸盐结合高铝砖和磷酸盐结合高铝耐磨砖是用致密矾土盐结合高铝砖和磷酸盐结合高铝耐磨砖是用致密矾土熟料为骨料，分别以磷酸和熟料为骨料，分别以磷酸和磷酸铝磷酸铝为结合剂，经高压成型、中为结合剂，经高压成型、中温热处理而制得。制品的热震稳定性、耐磨性和抗化学侵蚀性温热处理而制得。制品的热震稳定性、耐磨性和抗化学侵蚀性优良，但高温性能较差。用于回转窑的预热带、分解带及窑门优良，但高温性能较差。用于回转窑的预热带、分解带及窑门罩、冷却机内

19、衬等。罩、冷却机内衬等。 抗剥落高铝砖抗剥落高铝砖 以特级高铝矾土熟料为主要原料，通过参加锆英砂、蓝晶石、红以特级高铝矾土熟料为主要原料，通过参加锆英砂、蓝晶石、红柱石等柱石等相变原料，提高其抗热震稳定性能力。具有抗剥落能力强，抗钾、相变原料，提高其抗热震稳定性能力。具有抗剥落能力强，抗钾、钠、钠、硫、氯及碱性盐的侵蚀，低导热率等性能，是水泥窑过渡带及分解硫、氯及碱性盐的侵蚀，低导热率等性能，是水泥窑过渡带及分解带的带的理想材料，还可用于水泥窑的窑门罩、冷却机等部位。理想材料，还可用于水泥窑的窑门罩、冷却机等部位。 水泥窑及其它热工窑炉水泥窑及其它热工窑炉用途用途25252520热震稳定率热震

20、稳定率次次 (1100 水冷水冷)15002h+0.1 -0.315002h+0.1 -0.315002h +0.1 -0.315002h+0.1 -0.3重烧线变化率重烧线变化率 %1550155015001470荷重软化温度荷重软化温度 70606060常温耐压强度常温耐压强度 MPa2.752.702.652.65体积密度体积密度 g/cm 322222222显气孔率显气孔率 %179017901790耐火度耐火度1.51.51.51.7Fe2O3%85807574Al2O3%B85B80B75B74品牌品牌项目项目抗剥落高铝砖抗剥落高铝砖水泥窑及其它热工窑炉水泥窑及其它热工窑炉用途用途

21、252525热震稳定率热震稳定率次次 (1100 水冷水冷)15002h+0.1 -0.315002h+0.1 -0.315002h +0.1 -0.315002h+0.1 -0.3重烧线变化率重烧线变化率 %155015501500荷重软化温度荷重软化温度 706060常温耐压强度常温耐压强度2.752.70体积密度体积密度 g/cm22222222显气孔率显气孔率 %1790179017901790耐火度耐火度1.51.51.51.7Fe2O3%858075Al2O3%B85B80B75品牌品牌项目项目抗剥落高铝砖抗剥落高铝砖耐碱砖耐碱砖 、耐碱浇注料、耐碱浇注料 、钢纤维增强耐火浇注料、

22、钢纤维增强耐火浇注料 耐碱砖耐碱砖：耐碱砖指以低铝耐火粘土、硅石、焦宝石、：耐碱砖指以低铝耐火粘土、硅石、焦宝石、废瓷废瓷和适量的和适量的添加剂为主要原料制成。产品具有体积稳定、抗碱侵蚀能力强、耐添加剂为主要原料制成。产品具有体积稳定、抗碱侵蚀能力强、耐渗透等特点。用于水泥窑的预热器、分解炉、三次风管等部位。渗透等特点。用于水泥窑的预热器、分解炉、三次风管等部位。 耐碱浇注料耐碱浇注料：耐碱浇注料系以硅酸铝质材料作耐火骨料和粉料，用耐碱浇注料系以硅酸铝质材料作耐火骨料和粉料，用铝酸盐水泥和外加剂配制的浇注料。具有良好的高温性能和耐碱侵铝酸盐水泥和外加剂配制的浇注料。具有良好的高温性能和耐碱侵蚀

23、性能，高强型还具有强度高、耐磨性好，可以在大中型干法水泥蚀性能，高强型还具有强度高、耐磨性好，可以在大中型干法水泥窑窑口、预热器和风管等系统中使用。窑窑口、预热器和风管等系统中使用。 钢纤维增强耐火浇注料：以高铝矾土熟料或刚玉等为骨料和粉料，参钢纤维增强耐火浇注料：以高铝矾土熟料或刚玉等为骨料和粉料，参加结合剂和适量的耐热不锈钢纤维具有强度高、韧性好、热震稳定性加结合剂和适量的耐热不锈钢纤维具有强度高、韧性好、热震稳定性好，抗剥落和耐磨性强的特点。使用于水泥回转窑窑口、冷却机、喷好，抗剥落和耐磨性强的特点。使用于水泥回转窑窑口、冷却机、喷煤管、分解炉、预热器等部位。煤管、分解炉、预热器等部位。

24、 高强度高铝质刚玉质耐火浇注料高强度高铝质刚玉质耐火浇注料 以刚玉、矾土、以刚玉、矾土、- Al2O3 和和SiO2 微粉为主要原料，用微粉为主要原料，用CA-80或或CA-71水泥作结合剂并参加减水剂等添加剂，具有良好的高温性能，用于水泥作结合剂并参加减水剂等添加剂，具有良好的高温性能，用于水泥回转窑窑头等部位。水泥回转窑窑头等部位。0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.511011024h24h烧后线变化率烧后线变化率(%)(%)10010080801001001001008080110011003h3h100100808010010010010080801101102

25、4h24h冷态耐压强度冷态耐压强度( (MPaMPa) )15158 81515150015003h3h13138 8131310108 8110011003h3h13138 8131310108 811011024h24h冷态抗折强度冷态抗折强度( (MPaMPa) )4 41 16 615152020SiOSiO2 2(%)(%) 92929393909078787575AlAl2 2O O3 3(%)(%) 化学成份化学成份3.003.003.003.003.003.002.652.652.602.60烘干体积密度烘干体积密度 (g/cm(g/cm3 3) )17001700175017

26、50165016501600160015001500最高使用温度最高使用温度LGJLGJ- -18S18SLGJLGJ- -1818LGJLGJ- -1717LGJLGJ- -1616LGJLGJ- -1515牌号牌号刚玉质刚玉质高铝质高铝质类型类型0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.511011024h24h烧后线变化率烧后线变化率(%)(%)10010080801001001001008080110011003h3h1001008080100100100100808011011024h24h冷态耐压强度冷态耐压强度( (MPaMPa) )15158 815151500

27、15003h3h13138 8131310108 8110011003h3h13138 8131310108 811011024h24h冷态抗折强度冷态抗折强度( (MPaMPa) )4 41 16 61515202092929393909078787575化学成份化学成份3.003.003.003.003.003.002.652.652.602.60烘干体积密度烘干体积密度 (g/cm(g/cm1700170017501750165016501600160015001500最高使用温度最高使用温度LGJLGJ- -18S18SLGJLGJ- -1818LGJLGJ- -1717LGJLGJ-

28、 -1616LGJLGJ- -1515牌号牌号刚玉质刚玉质高铝质高铝质类型类型耐火泥浆耐火泥浆1、成分相似、成分相似2、砌筑性能好、砌筑性能好3、粘结性好、粘结性好4、使用性能好、使用性能好5、不同材质不能混用、不同材质不能混用辅助耐火材料辅助耐火材料 隔热材料隔热材料轻、薄、隔热轻、薄、隔热（热（热 冷）冷）（冷（冷 热）热）5、关于水泥生产过程无铬化、关于水泥生产过程无铬化3030水泥行业的铬污染水泥行业的铬污染2021年中国水泥产量为年中国水泥产量为20.6亿吨，接近世界水泥产量的亿吨，接近世界水泥产量的60%。水泥中的水泥中的Cr6+含量含量欧洲欧洲 ： 2ppm中国：中国： 10-3

29、0ppmCr25Ni20镁铬质耐火材料镁铬质耐火材料3131镁铬残砖的处理及污染镁铬残砖的处理及污染镁铬残砖中镁铬残砖中Cr6+为为0.1-0.5%2Cr()2O3+3O2+4R2O 4R2Cr()O4 我国水泥行业每年消耗镁铬耐火材料我国水泥行业每年消耗镁铬耐火材料40-50万吨。万吨。 每年用后的镁铬残砖每年用后的镁铬残砖约为约为15万吨。如按照万吨。如按照Cr6+ 含量为含量为0.2%计，那么每年计，那么每年排放排放300吨六价铬；假设稀吨六价铬；假设稀释成释成I类水质，那么需要类水质，那么需要300亿立方米水。亿立方米水。 相当于相当于一个鄱阳湖的蓄水。一个鄱阳湖的蓄水。 我国最大的淡

30、水湖我国最大的淡水湖鄱阳湖鄱阳湖3232生产流程的无铬化生产流程的无铬化Cr25Ni20镁铬质耐火材料镁铬质耐火材料u悬浮预热器内筒陶瓷化悬浮预热器内筒陶瓷化uMgO-FeOAl2O3材料材料3333 反响烧结反响烧结SiC直径直径2-4.5米米 高度米高度米陶瓷内筒装置结构与材质陶瓷内筒装置结构与材质v 欧洲自欧洲自1993年起即已禁止镁铬砖用于水泥回转窑。年起即已禁止镁铬砖用于水泥回转窑。v 我国自上世纪九十年代也已启动了无铬化研究，国家将我国自上世纪九十年代也已启动了无铬化研究，国家将“铬列入铬列入“十二五重点治理规划。十二五重点治理规划。v 我国的无铬化研究得到国家我国的无铬化研究得到国家“九五攻关、九五攻关、863等工程资等工程资助。助。v 无铬砖种类：无铬砖种类： v 镁白云石砖、镁铝尖晶石砖、镁白云石砖、镁铝尖晶石砖、 MgO-铝铁尖晶石