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      淺談回轉窯復合內襯預制件的研制與應用

      作者:admin??? 發布日期:2018-08-25 11:09??? 文章來源:http://www.mlbgamestoday.com/cjwt/300.html?? 點擊次數:

       

        回轉窯具有煅燒均勻、生產連續性強、產量大、產品雜質少等特點,已廣泛應用于活性石灰和水泥等生產行業。但是,回轉窯運行方式具有特殊性(內部燒成溫度高,爐體處于連續滾動狀態),其內襯耐火材料普遍存在使用壽命短、爐襯散熱嚴重等問題。因此,如何延長回轉窯內襯材料的使用壽命,增強其保溫性能,并降低運行、維護的成本和能耗,是亟待解決的問題。研究者通過對回轉窯的破損調查、爐襯結構的改進和爐襯耐火材料的配方研究,對回轉窯爐襯的長壽和節能降耗技術進行了探索。


       

        回轉窯爐襯破損調查

        武鋼600t/d燃煤型活性石灰回轉窯,工作溫度達到1300℃,是國內同類型窯的第一條生產線。投產以來,其爐襯材料曾采用過高鋁磚、鎂鉻磚、鎂尖晶石磚等。窯內工作溫度 高的燒成帶部位爐襯平均使用壽命不到12個月,耐材成本消耗較大,檢修頻繁,影響了生產的正常組織,也造成了產品質量的波動。運行時其爐殼表面溫度可達到350℃,超過了設計安全范圍(≤280℃),不僅使運行的能耗增加,造成了能源浪費,增加了溫室氣體的排放量,而且導致接觸窯體外殼的齒圈、托輪等傳動機械設備存在較大的安全隱患。

        研究者在停爐后進行的破損調查中發現,燒成帶部位爐襯破壞 為嚴重,出現大量的磚體剝落、脫落的情況,殘磚也出現較多的徑向與軸向裂紋,局部爐襯厚度侵蝕掉一半以上,結圈物也主要在該部位積聚。研究者對結圈物進行了形貌及化學分析,發現其成分主要為硅酸二鈣、硅酸三鈣、黏結相鐵鋁酸四鈣,這與石灰原料中的CaO和燃料煤粉中的氧化硅發生反應的結果有關。這樣的結圈物強度低,結構松散,對爐襯不能起到保護作用,只會增加回轉窯運行的負荷。從帶有結圈物的爐襯工作面成分分布看,氧化鈣由結圈物向爐襯逐步滲透,成分近似Al2O3·CaO和Al2O3·2CaO。結圈物對爐襯的基質會造成一定的侵蝕。

        為了減小爐襯散熱過多對爐窯機械的影響,減少能源的浪費,業界普遍采用保溫材料來保證爐襯的隔熱保溫性能。該回轉窯曾采用過“耐火磚+保溫棉”的內襯結構,因為保溫棉沒有結構強度支撐,且厚度大,耐高溫性能較差,需要與耐火磚分層砌筑,對耐火磚外形有特殊要求,施工周期長,砌筑質量不容易控制,所以該爐襯的使用效果不理想。研究者在破損調查中取出爐襯用后殘余保溫棉,發現其纖維已部分發生晶化,粉化嚴重,部分形成空洞,致使爐襯的隔熱性能顯著變差,也造成了爐襯整體結構的破壞?;剞D窯的運行狀態是窯體整體處于滾動運動中,為了減少機械運轉的負荷以及保證窯內的有效容積,回轉窯爐襯的厚度和總重量都受到限制。爐襯耐火材料體積密度偏大,造成內襯重量過大,除增加了回轉窯旋轉的機械載荷以外,也是爐襯在滾動狀態下擠壓應力大,造成強度較低的保溫材料損壞的原因之一。

        通過對多種保溫材料和爐襯結構的對比分析,以及計算機模擬傳熱計算,綜合考慮回轉窯爐襯的強度要求和保溫性能要求,研究者認為,在大型回轉窯采用重質耐高溫耐磨工作層與輕質高強度保溫層一體成型的免燒型復合預制件,可以滿足較為均衡的性能與成本要求。市場上現有的部分復合磚,存在著輕質保溫層結構強度過低、工作層與保溫層結合強度不夠的問題,不能滿足回轉窯等動態窯爐使用的要求。

        復合爐襯預制件的研制

        國內在回轉窯上使用較多的耐材是鎂鉻磚和鎂尖晶石磚。鎂鉻磚由于存在六價鉻污染問題,在環保上屬于應淘汰產品。鎂尖晶石磚導熱系數大,不利于爐襯的隔熱保溫,而且成本較高。研究者根據武鋼活性石灰回轉窯的爐況及原燃料的實際情況,進行了磷酸鹽結合復合預制件的開發。研制的預制件的工作層采用均化礬土為主要骨料,能滿足材料耐磨損性能的要求,成型后無需燒成,成本比傳統鎂鉻磚、鎂尖晶石磚降低了30%,而且杜絕了鉻污染。工作層與保溫層采用了基本相同的基質與結合劑體系,提高了兩者的化學結合強度。工作層與保溫層以鋸齒形或齒輪形形成相互咬合的結構,可有效提高兩者結合界面的抗剪切性能,使爐襯在動態下具有更高的整體結構強度。

        預制件體積膨脹性能的研究?;剞D窯爐體在滾動運行中需要保持爐襯與窯殼之間貼合緊密,防止爐襯與爐殼之間的空隙產生相對滑移造成爐襯的內應力破壞。因此,整體內襯體積在運行下應該具有適當的膨脹量,這需要在配方中加入膨脹劑。研究者選用了優質紅柱石作為膨脹劑,利用紅柱石在加熱中晶體轉化成莫來石結構產生的體積膨脹,而且耐熱震性好,機械強度大,荷重軟化點高,并具有較高的化學穩定性和抗化學腐蝕性,可以增強爐襯的高溫性能。

        試驗時,研究者將膨脹劑分別以1a%~5a%(a為常量)的加入量加入到預制件配方,按照GB/T 5072.2-2008、GB/T 5988-2007,分別對成型后預制件工作層試樣的耐壓強度和重燒線變化率進行了檢測,結果分析如下:

        隨著配方中膨脹劑加入量的增加,試樣的耐壓強度隨之提高,但加入超過2a%后強度有下降的趨勢;試樣的重燒線變化率隨著膨脹劑加入量的增加而顯著增大。膨脹劑的加入量,需要根據爐襯的工作環境來綜合考慮。加入量過少,爐襯會有殘余收縮,影響整體強度和使用壽命;加入量過多,則會造成爐襯在使用中的過量膨脹,更易造成結構的損壞。從實驗結果來看,配方中膨脹劑加入量在2a%左右時,復合爐襯的性能較好。

        預制件保溫層保溫性能的研究。為達到較好的保溫隔熱效果,研究者在預制件保溫層配方中采用密度較低的輕質骨料,同時加入一定量的多孔材料,并分別比較了膨脹珍珠巖、蛭石、氧化鋁空心球的使用效果。試驗結果顯示:加入氧化鋁空心球,材料有較高的強度和較小的體積變化率;選用珍珠巖和蛭石對提高材料的隔熱保溫性能效果更好。

        在綜合考慮強度、耐高溫性能和隔熱性能后,研究者采用了氧化鋁空心球、珍珠巖按一定配比加入的配方,試驗時,他們將氧化鋁空心球、珍珠巖分別按質量以1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的比例復合加入到預制件保溫層配方中,進行強度與導熱性能的檢測。結果分析如下:隨著氧化鋁空心球加入比例的增大,試樣的烘干及燒后強度逐步增高;加入比例超過2∶1后,試樣強度提高的幅度不是太大。試樣的導熱系數隨著氧化鋁空心球加入比例的增大而顯著增大,材料的隔熱保溫性能隨之降低。氧化鋁空心球高溫下的強度較高,體積變化穩定。珍珠巖在高溫下體積膨脹率較大,可以提高保溫隔熱的效果,但強度低?;诮Y合強度、導熱性能和成本等方面的綜合考慮,當氧化鋁空心球、珍珠巖按2∶1的配比添加時,預制件保溫層的強度與保溫性能指標較為均衡,可以滿足回轉窯內襯使用的要求。

        復合爐襯預制件的應用

        工業化生產的復合爐襯預制件的理化性能見附表。研究者研制的復合爐襯預制件在武鋼活性石灰回轉窯進行了應用, 先用于燒成溫度 高的燒成帶部位。由于不需要耐火磚與保溫材料分層砌筑,施工周期大大縮短,施工質量也得到了保證。采用復合預制件后,回轉窯燒成帶爐殼外表面溫度由之前的350℃降為260℃~270℃,回轉窯運行能耗降低了5.03%。該回轉窯已連續運行超過36個月,爐殼表面溫度穩定在280℃以下,爐襯工作面情況良好,沒有出現明顯破損。



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