水泥窑用耐火材料

第十二章水泥窑用耐火材料水泥是一种细磨材料，它参加适量水后，成为塑性浆体，这种浆体是既能在空气中硬化，又能在水中硬化(硬化后要到达一定的强度)，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥工业的现状我国水泥行业规模以上企业有4507家，生产着世界产量1/3以上的水泥产品，前10家企业生产集中度仅为6.8%，而世界前10家水泥集团的水泥产量就占到了全世界水泥产量的1/3。背景水泥工业的现状背景对比项世界先进水平中国水平新型干法窑生产能力日本占98.3％；意大利占96.5％约10％，窑外分解窑125台年企业平均规模世界60—100万t；欧洲：70—80万t；日本达到256万t。6.62万t全员劳动生产率法国3273t／人·年地方水泥：160t／人·年德国3015t／人·年全国平均：284t／人·年日本15000t／人·年设备运转率92％85％熟料热耗2900kJ/kg（日本）5121kJ/kg(回转窑平均)窑外分解窑热耗2888kJ/kg熟料3555kJ/kg熟料熟料煤耗100kg标准煤／t175kg标准煤／t水泥综合电耗92kWh/t114kWh/t水泥散装率80%—90%以上20％50%(2011)国内外水泥工业技术现状比照水泥生产的过程是要经过“二磨一烧〞：即生料磨，水泥窑和水泥磨。其中水泥窑系统是将水泥生料在高温下烧成为水泥熟料的热工设备，是水泥生产中的一个极为重要的关键环节。水泥窑回转窑立窑干法中空回转窑湿法回转窑立波尔窑(半干法生产)悬浮预热器窑(SP窑)窑外分解窑(NSP窑)新型干法水泥回转窑系统。本章主要知识点水泥回转窑对耐火材料性能的要求水泥窑结构与熟料的组成21水泥窑常用耐火材料产品和性能3水泥窑常用耐火材料的配置4根本要求:了解耐火材料在水泥回转窑中的使用，掌握水泥窑对窑衬的要求和一般耐火材料产品；难点和重点:水泥回转窑用耐火材料选择应遵循的原那么.思考题：1.水泥回转窑对窑衬的要求有哪些？2.水泥回转窑耐火材料的选择一般遵循哪些原那么？3.水泥回转窑用耐火材料常用产品有哪些，分别用于什么部位？

水泥窑结构与熟料的组成1熟料烧成系统回转窑与冷却机、煤粉燃烧装置、鼓风机、排风机及收尘设备等

燃烧用空气：一次空气和煤粉混合〔15~30%〕二次空气预热(与熟料进行热交换)一、回转窑的煅烧工艺流程及结构传动大齿轮高端窑尾冷端低端窑头热端倾斜钢筒体，内部耐火材料，保温，保护

D

2~5ML60~180M干短湿长国外7

230燃料生料熟料废气悬浮预热器窑流程图

预分解窑工艺流程按回转窑内物料沿窑长的温度变化和反响情况逼和占有的空间可划分为6个带干燥带预热带分解带放热反应带烧成带冷却带物料(℃)气体~150250~400150~7501000750~100014001000~130016001300~1450~130017001300~1000主要反应自由水蒸发粘土质原料脱水碳酸盐分解固相反应熟料烧成熟料的冷却湿法回转窑干法回转窑干法回转窑干法回转窑干法回转窑分解炉悬浮预热器悬浮预热器加热机各带不是截然分开的,而是互相交叉的；不同窑型，带的划分不同坚式固定床煅烧设备普通立窑和机立窑12%~14%水D5~15mm料球成球、鼓风、收尘、立窑及配煤系统组成立窑煅烧系统热耗低传热效率高〔燃烧与煅烧同时进行〕二、立窑的煅烧工艺流程及结构根据料球外表的平均温度和进行的物理化学反响，沿着窑的高度方向，预热带〔窑面，占窑高的5－10%，煤，V，缺氧，不燃烧，损失，无烟煤。分解，CO2，塑性〕烧成带〔煅烧带、高温带，底火，占窑高的10－15%，烧成带的位置和高度重要，取决于煤的燃点和燃烧速度，取决于粒度大小，通风好坏〕冷却带〔冷却熟料，预热空气，占窑高的75－85%〕立窑带的划分水泥熟料在传统窑系统内的形成过程分为枯燥、预热、碳酸盐分解、放热反响、烧成和冷却。各带没有明显的界限，是互相交叉的。新型干法窑由于预热和碳酸盐分解都移到窑外的预热器和分解炉内进行，窑内分为三个带，即过渡带、烧成带和冷却带。三、水泥熟料的组成水泥生料制备水泥生料均化水泥熟料煅烧水泥制成生料：由石灰质原料、粘土质原料、少量校正原料〔有时还参加矿化剂、晶种等，立窑生产时还要加煤〕按比例配合，粉磨到一定细度的物料。水泥:硅酸盐水泥熟料，石膏，混合材料生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至局部熔融，经过一系列的物理化学反响，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料水泥熟料:矿化剂：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，本身不参加反响或只参加中间反响的物质。类型：矿化剂〔1种〕

复合矿化剂〔2种〕石膏—萤石重晶石—萤石磷石膏-萤石作用：加速分解反响；加速固相反响；降低液相出现的温度；加速C3S的形成含氟化合物：如：CaF2(萤石)硫化物：如：石膏氯化物：CaCl2其他:如：铜矿渣、磷矿渣水泥熟料的煅烧是将适当成分的生料在窑内经高温煅烧至局部熔融，得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A和铁铝酸四钙C4AF等矿物组成。窑内还有硫化物、氯化物等。窑衬的作用1、保护窑筒体2、减少筒体散热损失3、蓄热、进行热交换高温、物料的机械磨损和化学侵蚀一般回转窑筒体外表散热损失占总热耗的15%左右。衬砖可以作为传热介质，从气体中吸收一局部热量，以传导及辐射方式传给物料水泥窑对耐火材料性能的要求2回转窑对窑衬的要求1、耐高温性强，荷重软化温度点高2、化学稳定性好3、热震稳定性好4、耐磨及机械强度好5、良好的挂窑皮性能6、气孔率要低7、热膨胀系数要小高温持续生产氧化物、氯化物和硫化物等窑况不稳、检修等物料的滑动、气流粉尘的摩擦保护窑衬抵抗腐蚀性气体的侵蚀过大的热膨胀应力会造成衬砖剥落1、粘土砖优点：耐磨性较好导热系数小热震稳定性好缺点：耐高温和耐化学侵蚀性差使用部位：枯燥带、预热带、分解带和冷却机内；水泥窑常用耐火材料产品和性能32、高铝砖与粘土砖相比，耐火度高，荷重软化温度高，抗剥落性较好，机械强度和抗化学侵蚀性都较好；热震稳定性能有待提高；气孔率有待降低；使用部位：窑口、冷却机、冷却带；3、耐碱砖利用半硅质原料，以化学结合不烧工艺生产而得，具有强度高、隔热效果好和抗碱侵蚀能力强的特性；使用部位：预热分解器、窑外分解器。由于原料和燃料中钾、钠、氯、硫生成碱的硫酸盐和氯化物等组分的挥发凝聚，反复循环，导致在窑中这些组分的富集，使预热器内的窑料和窑气中R2O、Al2O3和Cl-含量增加，对普通粘土砖和高铝砖侵蚀严重；〔形成白榴石和钾霞石等矿物造成破坏〕。4、碳化硅砖特点：高温强度大、热膨胀系数小、热震稳定性好、耐磨、耐侵蚀；

使用部位：耐磨部位5、碱性耐火砖5.1镁铬砖普通镁铬砖—以硅酸盐为结合相；直接结合镁铬砖—方镁石和尖晶石之间固相反响，直接结合；半直接结合镁铬砖—上述两种结合形式的混合；普通镁铬砖和半结合镁铬砖多数用于普通回转窑的烧成带；在大型窑内，窑温在1700℃以上，烧成带要采用直接结合镁铬砖。5.2镁尖晶石砖具有比镁铬砖优良的热机械性能和抗化学侵蚀能力，以及无铬化的优点，从上世纪80年末开始在预分解窑中逐步取代镁铬砖。5.3白云石砖挂窑皮性能较好，不会与物料发生反响，高耐火性能和体积稳定性能；抗热震稳定性较差；砖在存储和运输过程中必须采取防水化和受潮措施；用于烧成带。5.4镁锆砖工业废燃料的应用，增加了窑内有害物质的富集，假设燃料中含硫量较高且过渡带温度超过1500℃时，尖晶石砖易被熟料侵蚀，生成C12A7或C4A3S〔无水硫铝酸钙〕，导致耐火砖剥落损坏；镁锆砖耐火度高，在氧化锆颗粒周围形成的微裂纹，可吸收外力。同时，对有害物质如硫化物、氯化物和碱金属氧化物蒸汽的抗侵蚀能力较强。隔热材料多孔、质轻、导热系数小、保温性能好；广泛应用于预烧带、分解带、冷却系统，以降低机体外表温度和散热损失；要求：足够的强度；一定的耐高温性能和抗碱侵蚀性能好；1、硅钙板以硅质材料和石灰为材料制备；制品主要由硬硅酸钙石〔6CaO·6SiO2·6H2O〕和纤维组成，使用温度可达1050℃；2、隔热砖2.1以含硅矿物为根本材质+外加剂制成轻质骨料+可产生微孔的结合剂，制成坯体煅烧而得；2.2以硅藻土为原料，以膨润土为结合剂，木屑为燃料，配以轻质骨料，压坯煅烧而得；不定形耐火材料名称耐碱浇注料高铝质低水泥浇注料抗结皮浇注料喷煤管自流浇注料刚玉质高强低水泥浇注料耐火捣打料使用部位预热系统窑口冷却机前端烟室窑尾喷煤管大型窑炉窑口喷煤管窑口冷却机使用温度1300℃1500℃1400℃1650℃1750℃1500℃水泥窑用不定形耐火材料举例还有用于抢修的喷涂料，原理及应用与前面章节所述一样；耐火泥填充砖缝，是砌砖成为一个整体。品种有：粘土质、高铝质、镁铬质、镁质等……回转窑耐火材料的选择一般遵循以下的原那么：1、在烧成带和两侧过渡带内有稳定窑皮的部位应采用碱性材料；对生产能力较小，开停又频繁的窑可采用高铝砖；2、在窑皮不稳定甚至露砖的过渡带内应采用尖晶石砖。生产能力较小且窑温较低的窑，在过渡带内采用高铝砖；3、在分解带内，其热端部位已经产生硫酸碱盐熔体和局部熟料熔体，因而已粘挂不稳定的浮窑皮。可采用尖晶石砖，温度低于1350℃的部位可采用高铝砖；4、预热等其它部位，衬里外表温度低于1200℃的，可采用粘土质耐火材料；水泥窑常用耐火材料的配置41〕回转窑卸料口和冷却带要求：两处的耐火衬料由于受高温熟料、二次空气及高温火焰的共同作用，机械磨损和化学侵蚀很强烈。因此要求具有良好的耐磨性、抗渣性和耐热震性。

选用：冷却带一般使用I级高铝砖(A12O3含量为65％--75％)、耐热震高铝砖、尖晶石砖、铬镁砖以及磷酸盐砖等；卸料口常用高铝砖、耐火混凝土(刚玉为骨料)和碳化硅砖等。回转窑各部位用耐火材料2〕回转窑烧成带要求：回转窑烧成带的耐火衬料主要受到高温冲击和化学侵蚀(碱性侵蚀)，因此要求使用具有足够的耐火度和高温下易挂窑皮的耐火材料，选用：镁砖、铬镁质砖；3〕回转窑过渡带(放热反响带)要求：该处的窑皮会时挂时脱，温度变化频繁，筒体温度较高，化学侵蚀较严重，因此要求是能够承受高温冲击、且具有较高的高温抗折强度和较小的弹性模量耐火材料，选用：由刚玉(A12O3含量为50％--80％)与铝矾土制成的高铝砖、直接结合铬镁砖、普通铬镁砖和尖晶石砖等。4〕预热器和分解炉要求：耐火材料的耐高温和隔热保温性能选用：上面几级温度较低的旋风筒，可以用浇注料(耐火混凝土)直接浇注。下面几级预热器、分解炉以及联结管道可采用耐碱的及耐磨的粘土砖，并加以隔热复合层。顶盖局部采用耐火砖挂顶，背衬矿渣棉，也可采用浇注料浇注。各个弯头处多使用浇注料浇注。窑尾上升烟道等处可采用结构较为致密的半硅质粘土砖，以防碱的侵蚀。5〕水泥熟料冷却机系统篦式冷却机采用的耐火衬料有耐火砖、轻质浇注砖、隔热砖和隔热板材等，高温区域及下料喉部区域以及高温区域可以采用普通铬镁砖、高纯度的高铝砖。中温、低温区域那么可以采用粘土砖。传统回转窑系统使用耐火材料举例部位窑衬材料(1)回转窑后窑口高铝质浇注料、粘土砖分解带高铝隔热砖、粘土砖等过渡带1磷酸盐结合高铝砖过渡带2尖晶石砖、磷酸盐结合高铝砖烧成带镁铬砖、半直接结合镁铬砖冷却带磷酸盐结合高铝砖前窑口钢纤维增强高铝质浇注料等

部位窑衬材料(2)回转窑后窑口(钢纤维增强或)高铝质浇注料分解带耐碱隔热砖或隔热粘土砖过渡带1抗剥落高铝砖、磷酸盐结合高