我国水泥工业发展迅速,产量由解放初期的62万t发展到年的23.5亿t,从年起连续31年产量及消费量稳居世界第一位,新型干法水泥生产技术和装备水平已与国际先进水平接近,国产化装备已经完全可以满足水泥工业的需求。但我国水泥熟料产能过剩,水泥企业的运转效率和效益低。节能降耗、降低成本成为水泥企业提升经济效益的必然。
中国建材联合会首先提出了水泥工业应该大力发展"第二代新型干法水泥技术",其目的是降低水泥生产能耗,提升企业效益。耐火材料作为水泥烧成过程中不可或缺的内衬材料,是第二代新型干法水泥工艺的物质支撑条件。第二代新型干法水泥技术对耐火材料提出了新的要求,而耐火材料配置技术也要与之相适应。
水泥工业中,最初要求耐火材料能满足保护金属壳体的单一功能;而发展到第二代新型干法水泥技术,要求耐火材料具有节能降耗、绿色环保、长寿高效、安全稳定等多种功能。
节能降耗第二代新型干法水泥技术中水泥熟料的热耗标准为calkg-1,而水泥煅烧过程中相当大一部分热量通过热工设备表面的辐射耗散了。因此,耐火材料作为所有高温设备的基础内衬材料,不但应该具备良好的使用性能,同时也应该兼顾节能保温性能。绿色环保年发布的国家标准GB-《水泥中水溶性铬(Ⅵ)的限量及测定方法》中规定,水泥中铬的含量不得大于10.00mgkg-1。据统计,水泥中水溶性铬(Ⅵ)主要来源于水泥原料、破碎与研磨介质、耐火材料(镁铬砖等)与含铬废弃物的燃料与原料。对多数水泥企业来说,耐火材料(镁铬砖)是水溶性铬(Ⅵ)最重要的来源。镁铬砖由于具有良好的抗热震性、耐高温性与挂窑皮能力,仍在国内多数水泥企业回转窑的高温带进行使用。
据统计,国内水泥企业平均每吨水泥熟料消耗的高温带用碱性耐火材料约g,假设这些砖中一半的铬转化为可溶性铬(Ⅵ)并进入水泥熟料,则该水泥熟料中可溶性铬(Ⅵ)的含量将达到10.98mgkg-1。因此,在水泥工业中取消镁铬砖的使用已经在业内形成共识,国内主要碱性耐火材料企业相继开发了可替代镁铬砖使用的优质耐火材料产品,并在国内迅速得到了推广应用。长寿高效新型干法水泥技术不断向着大型化方向发展,目前日产t及以上水泥熟料生产线已经成为各水泥企业新建项目最低要求,日产t甚至t的水泥熟料生产线在国内也达到了10余条。水泥生产线的大型化要求耐火材料的质量性能与稳定性都要相应大幅度的提高,长寿命、高效能耐火材料在国内迅速推广,目前国内水泥生产线所用耐火材料已经慢慢从"一年一大修"向"三年两大修"的目标发展。
为满足第二代新型干法水泥技术的要求,耐火材料应具有节能降耗、绿色环保、长寿高效、安全稳定等多种功能。与第二代新型干法水泥工艺相适应的耐火材料配置技术也取得了长足的发展,新开发的低导热复合砖、无铬碱性系列耐火材料(镁铁砖、镁铝砖)、预制件、高性能浇注料和火泥陆续得到推广应用。
扩大低导热复合砖配置量,减少窑的散热损失
低导热多层复合莫来石砖是目前国内使用效果较好、推广较快的一种新型复合砖,其主要特点在于采用工作层、保温层、隔热层等三层结构设计,其中工作层具有高强度、低导热、高温耐磨、高荷重软化温度、抗侵蚀、抗热震的特性,提供稳定长寿的使用效果;保温层具有高强度、低导热特性,在降低热导率的同时作为骨架连接工作层与隔热层以及与筒体直接接触;隔热层则采用超低热导率的含锆氧化铝耐火纤维板,进一步降低制品的热导率,达到降低窑筒体表面温度的作用。2013年7月某水泥企业在5000tPD回转窑使用低导热多层复合莫来石砖,砌筑位置为37~47m处,共计10m。实际使用结果表明,该处筒体砌筑硅莫砖时平均温度为320℃,砌筑低导热多层复合莫来石砖时平均温度降低到260℃,降低了60℃。按照该回转窑的砌筑量计算,每米低导热多层复合莫来石砖每年可节约标煤40t,减少碳排放100t。
配置无铬碱性系列耐火材料
为了实现在水泥工业中淘汰镁铬砖这个目标,国内一些有实力的耐火材料生产企业陆续推出了以镁铁尖晶石砖为代表的系列无铬碱性耐火材料。镁铁尖晶石砖的关键技术是在高温热处理过程中,通过镁铁尖晶石和铁铝尖晶石的固相反应生成复相的镁铁铝尖晶石相,增强了各固相间的结合强度,同时Fe2+和Mg2+在铁铝尖晶石分解过程中相互扩散,材料结构柔韧性得到了增强。该镁铁尖晶石砖具有优良的高温性能、挂窑皮性能和抗热震性能,其技术指标已达到国内外先进水平。该产品在国内某大型水泥集团应用后,使用寿命从8个月延长到12个月以上,最长使用时间达到了22个月。该水泥集团已经淘汰了镁铬砖,全面实现了水泥窑耐火材料的无铬化。
水泥窑上下过渡带处无稳定窑皮的保护,温度负荷大,一直是水泥窑运行过程中的主要