回转窑极其工艺.docx
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回转窑极其工艺
回转窑极其工艺
回顾：
最早生产水泥用环式窑和竖窑，到1899年在德国汉诺威水泥厂有了世界首座回转窑开始运转，生产能力为80～100t/日。
随后回转窑技术快速发展，经历了许多装备的更新，从而用列波尔式窑和带悬浮式预热分解，回转窑取代了原来的湿法长窑，目前最大生产能力达到12000t/日。
由于回转窑从200米缩短到40米长，新式带旋风器和炉箅预热器的窑直径与长度之比为10：
17，这种窑旋转只有两个轮箍位置，由于不再有第三个轮箍，回转窑的轴承不易变形，而窑筒体也不易变形，内衬也不易损坏。
二、 水泥窑用耐火材料的损坏因素
水泥窑是将生料烧成熟料，窑衬耐火材料受到的综合影响因素如下：
（1）温度因素；
（2）化学侵蚀；
（3）机械磨损。
上述诸因素的影响，在窑内各部分尚有差异。
因此，水泥窑用耐火材料的选择，要与各部位工作条件相适应，即采用多品种合理配套的材料。
对窑衬影响的因素如下：
（1）温度因素。
水泥窑各部位的温度不同，对窑的材料要求不一。
水泥窑各部位温度和对窑衬材料的要求见下表。
水泥窑各部位温度和对材料的要求
部位
温度/℃
要求
1.预热装置旋风预热器箅式加热器
800~900
耐磨耐碱的硫酸盐和氯化物侵蚀
2.窑筒
后窑口
预热带
分解带
过渡带
烧成带
冷却带
前窑口
＜900
900
900~1200
1200~1400
1450
1300~1400
约1200
耐磨
耐磨
耐粉料侵蚀
耐热变化、耐高温、耐化学侵蚀和机械破坏
耐高温耐化学侵蚀
耐化学侵蚀、耐磨
耐温度变化，耐冲刷
3.冷却机
箅式冷却机
单筒冷却机
多筒冷却机
约1200
约1000
约900
耐磨耐温度变化
耐磨耐温度变化
耐磨耐温度变化
大型预分解窑（PC窑）使用高效冷却机和多风道烧嘴，窑头又加强了密闭。
在河北某水泥厂，日产熟料4000t的Φ4.7m×74m窑上，二次空气温度约1150℃，窑尾气流温度1050～1100℃，最高1200℃，且离窑筒熟料温度达1400℃。
在过渡带、烧成带、冷却带、窑门罩、冷却机、喉部和烧嘴等处温度差异明显，必须相应采用系列的新型材料。
温度波动，砖内部产生热应力，造成砖的破坏。
水泥窑内火焰温度约1700~1800℃，热量主要通过辐射传给窑衬材料，而窑衬材料的表面温度随窑的转动而发生周期性的变化，温度达200℃以上。
窑的转速为1～3r/min，即窑衬材料每天经受1400～4300次温度茶、差为200℃以上的热应力作用。
无疑，宜选择耐温度变化的窑衬材料，即抗热震性优良的材料。
（2）化学侵蚀。
在悬浮预热器窑（SP窑）、窑外分解窑（PC窑）和立波尔窑系统内，由原料和燃料中带来碱、硫酸盐和氯化物等挥发性组分挥发激素，反复循环，导致窑中这些组分富集。
与原始生料相比，最热级预热器窑中K2O+Na2O,SO2和Cl-的含量分别增达3～5倍和80～100倍。
相应部位窑气中这些组分的含量也增加，渗入砖内，使砖破裂损坏。
在最热两极预热器、预分解炉、上升烟道、喂料斜坡和窑筒后部1/3部位中，易形成膨胀性的钠霞石（Na2·Al2O3·2SiO2）、钾霞石（K2·Al2O3·2SiO2）、自榴石（K2·Al2O3·4SiO2）等矿物，窑料与粘土砖（Al2O3≥40%）反应形成2C2S·CaCO3、2C2S·CaSO4和2CaSO4·K2SO4等结皮的特征矿物。
在熟料中挥发组分含量过高时，连冷却机热端、窑门罩和3次风管道中的普通高铝砖和粘土砖也会发生碱裂。
所以在工作温度为800～1200℃所有部位都应采用一系列能耐碱的半酸性粘土砖和浇注料。
（3）机械破坏。
回转窑内衬材料在高温下随筒体一起转动，长期处于震动状态，同时承受炉料的磨损和冲击作用，导致砖损坏，此是一方面；其次，窑体长期使用变形、内衬材料碱性砖热膨胀性大，导致砖损坏。
综观新型干法窑，其窑速较快，窑温较高，并且温差大（2次空气温度达1200℃），碱侵蚀严重，因此对耐火材料提出更高的要求，宜选用耐碱砖、耐剥落砖、耐火浇注料及隔热材料配套使用。
（三）水泥窑用耐火材料
水泥窑用耐火材料是多品种材料，应配套综合使用。
主要有以下几类：
（1） 碱性耐火材料；
（2） 铝硅系耐火材料；
（3） 隔热耐火材料；
（4） 浇注料。
1.碱性耐火材料
碱性耐火材料主要品种有：
镁铬砖、镁砖、尖晶石砖、白云石砖等。
镁铬砖又分有普通镁铬砖、直接结合镁铬砖、半直接结合镁铬砖。
碱性耐火材料主要用于水泥窑烧成带、过渡带和窑口部位。
特别指出，尖晶石砖已成为大型水泥窑主要窑衬材料之一，它应用在过渡带，逐步在冷却带、窑口上使用，甚至用于烧成带内。
正逐渐取代镁铬砖。
普通镁铬砖、半直接结合镁铬砖和直接结合镁铬砖理化性能
名称
普通镁铬砖
半直接结合镁铬砖
直接结合镁铬砖
MgO%
55～60
≥65
≥70
≥70
≥75
≥80
Cr2O3%
8～12
8～13
≥9
≥9
≥6
≥4
SiO2%
≤5.5
≤4.0
≤3.0
≤2.8
≤2.8
≤2.5
体积密度Kg·m-3
2850
2900
≥2980
≥2980
≥2950
≥2930
显气孔率%
23～24
20～22
≤19
≤19
≤18
≤18
耐压强度MPa
≥20
≥35
≥40
≥40
≥40
≥40
荷重软化温度℃
T0.6
T2
≥1550
≥1650
≥1580
≥1700
≥1600
≥1700
≥1600
≥1700
≥1600
≥1700
≥1530
线膨胀率%（1000℃）
1.0
1.1
1.01
1.03
1.05
1.05
抗热震性次
（1100℃，水冷）
≥3
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
尖晶石砖
名称
电熔合成尖晶石砖
烧结合成尖晶石砖
MgO%
＞78
＞80
Al2O3%
10～13
8～12
Fe2O3%
＜1
＜1
SiO2%
＜1.8
＜1.5
体积密度Kg·m-3
≥2920
2920～2950
显气孔率%
≤19
17～19
耐压强度MPa
≥40
≥40
荷重软化温度℃
T0.6
T2
≥1650
≥1700
≥1650
≥1700
线膨胀率%（1000℃）
0.96
0.99
导热率W·（m·K）-1800℃
3.00
3.00
抗热震性次（1100℃，水冷）
≥8
≥8
白云石砖
名称
白云石砖
化学成分%
CaO
30
MgO
65
物理性能
体积密度Kg·m-3
2.8～2.9
显气孔率%
13～15
冷压强度MPa
50
荷重软化温度℃
T0.6
≥1600
抗热震性次
（1100℃，风冷）
≥3
从以上表中可见，碱性耐火材料，抗热较差，仅数次。
在使用时，关键是能挂窑皮。
只要保持有适当厚的窑皮（200～300mm），就能弥补碱性耐火材料抗热震性较差的不足。
尖晶石砖要在烧成带推广使用，亦需解决好挂窑皮的问题。
白云石砖的推广使用，关键是防止氧化钙（CaO）水化。
2.水泥窑用硅系耐火材料（Al2O3—SiO2系）
水泥窑用硅系耐火材料，除一般粘土砖、高铝砖外，尚有其特殊要求。
主要是耐磨、耐碱、耐温度的变化，为此已开发出系列的特种高铝砖、如磷酸盐结合高铝砖、磷酸盐结合高铝质耐磨砖、抗剥落高铝砖及耐碱半酸性粘土砖等。
特种高铝砖理化性能见下表。
特种高铝砖理化性能
名称
磷酸盐结合高铝质砖
磷酸盐结合高铝质耐磨砖
抗剥落高铝砖
（1）
化学结合高铝砖
抗剥落高铝砖
（2）
Al2O3%
≥75
≥77
＞70
≥75
≥55～60
Fe2O3%
≤3.0
≤3.0
≤2.0
1.1～1.4
CaO%
≤0.6
≤0.6
耐火度℃
＞1770
＞1770
＞1780
＞1770
＞1770
体积密度Kg·m-3
≥2650
≥2700
2500～2600
≥2600
2.2～2.3
显气孔率%
18～20
17～19
20～25
18～20
19～26
耐压强度MPa
≥60
≥64
≥45
≥60
30～50
荷重软化温度℃
T0.6
≥1350
≥1300
≥1470
≥1450
1420～1480
抗热震性次
（1100℃，水冷）
≥30
≥30
≥30
≥20
8～20
3.耐碱砖
在预热器窑、窑外分解窑和立波尔窑等碱侵蚀严重部位，必须采用耐碱砖。
耐碱砖中Al2O3的含量，控制在30%左右。
在大型水泥窑窑筒的入料区段，表面散热损失大，而且对衬砖的要求具有良好的耐碱性，可选用耐碱隔热砖。
此砖的原料是半硅质。
水泥窑用耐碱砖技术要求
项目
指标
NJ-30
Al2O3%
SiO2%
Fe2O3%不大于
25～30
60～70
2.0
显气孔率%不大于
25
常温耐压强度MPa不小于
20
重烧线变化%（1350℃，2h）
+0.1～-1.0
抗热震性次（1100℃，水冷）不小于
10
耐碱性（1100℃，24h）
合格
系列耐碱砖理化性能
名称
普通型
高强型
隔热型
拱顶型
Al2O3%
25～30
25～30
25～30
30～35
Fe2O3%
≤2
≤2
≤2
≤2
SiO2%
65～70
65～70
60～67
60～65
耐火度℃
≥1650
≥1550
≥1650
≥1700
体积密度Kg·cm-3
2100
2200
1650
2200
显气孔率%
≤25
≤20
≥30
≤25
耐压强度Mpa
≥25
≥60
≥15
≥30
荷重软化温度℃
T0.6
T4
≥1350
≥1300
≥1250
≥1400
线膨胀率%
（900℃）
0.7
0.7
0.6
0.6
导热率W·（m·K）-1350℃
1.28
1.28
0.7
1.20
抗热震性次
（1100℃，水冷）
≥10
≥25
≥5
≥10
应用部位
预热器等碱侵蚀严重部位
水泥窑窑筒的入料区段
4.隔热耐火材料
水泥窑使用隔热耐火材料的作用如下：
（1） 降低筒体表面温度和散热损失；
（2） 防止筒体过热；
（3） 减轻窑衬材料的重量；
（4） 降低工程造价。
水泥窑用隔热耐火材料有以下几种：
（1）硅酸钙板，是一种高效节能材料。
原料为硅质原料和石灰。
该制品主要由硬硅钙石（6CaO·6SiO2·H2O）和纤维组成。
CaO/SiO2的摩尔比在0.92～1.0之间。
近年来，水泥窑中使用超轻质硅酸钙板的容重100～150kg/m3,可使水泥窑窑衬材料进一步轻质化，并取得更好节能效果。
硅酸钙板理化性能
牌号
I-230
I-200
Ⅱ-250
CaO%
SiO2%
44
47
44
47
32
44
体积密度Kg·cm-3
≤230
≤200
250
抗折强度Mpa
≥0.50
≥0.40
≥0.29
重烧线变化不大于
2%的试验温度
1050
1050
650
热导率W·（m·K）-1
20℃
＜0.067
＜0.058
75±5℃
＜0.065
最高使用温度℃
1050
1050
650
注：
硅酸钙板原料：
硅质材料和石灰，制品中由硬硅钙石
（2）隔热耐火材料
5.耐火浇注料
耐火浇注料是不定型耐火材料中的一个主要品种，国外先进国家已大力推广和应用，我国十分重视，正在加速发展。
耐火浇注料品种繁多，如轻质、超轻质、高强、耐碱等，视使用条件不同而有不同选择。
水泥窑用配套耐火材料，水泥窑型很多，有立窑（土立窑、机立窑）、中空干法窑、新型干法窑、湿法窑等，而各种窑窑径大小差别显著，尽管如此，为了减少砖耗、节能和延长窑的运转周期，提高经济效益，应规范水泥窑用配套耐火材料。
根据不同水泥窑型或同一窑型不同部位合理选择。
耐火浇注料理化指标
分类
粘土耐火浇注料
水泥耐火浇注料
无机耐火浇注料
高铝水泥耐火浇注料
硅酸盐水泥耐火浇注料
磷酸盐耐火浇注料
水玻璃耐火浇注料
牌号
NL2
NL1
NN
G3L
G2L
G2L
G1L
G1N2
G1N1
GN
LL2
LL1
LN
BN
Al2O3%
不小于
65
55
45
85
60
42
60
42
30
30
75
60
45
40
耐火度℃
不低于
1730
1710
1690
1790
1690
1650
1690
1650
1610
1770
1730
1710
烧后先变化，保温3h,不大于1%的试验温度℃
1450
1350
1300
1500
1400
1350
1400
1350
1300
1200
1450
1450
1450
1000
105～110℃烘干后
耐压强度Mpa
不小于
3
3
3
25
20
20
10
10
10
20
15
15
15
20
抗折强度Mpa
不小于
0.5
0.5
0.5
5
4
4
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
最高使用温度℃
1450
1350
1300
1650
1400
1350
1400
1350
1300
1200
1600
1500
1450
1000
水泥窑用耐火浇注料
浇注料品种
高强型
钢纤维增强型
低水泥窑
普通型
耐碱型
所用集料
刚玉
刚玉
矾土
矾土
矾土
粘土
粘土
化学成分，%
Al2O3
CaO
SiO2
≥93
≤5.5
≤0.5
≥87
≤2
≥74
≤12
75～78
1.5～2.0
12～15
≥70
≥45
≤40
≤9
≥55
体积密度，g/cm-3
110℃
1100℃
≥2.88
≥2.70
2.89～2.96
2.80～2.88
2.50～2.62
2.42～2.51
≥2.70
≥2.70
2.60
2.20
2.0
耐压强度，Mpa
110℃
1100℃
1400℃
≥80
≥80
≥80
70～100
40～60
70～100
40～50
100
110
130
≥40
≥25
（1000℃）
≥40
≥25
（1000℃）
≥40
≥20
（1000℃）
抗折强度，Mpa
110℃
1100℃
1400℃
≥8
≥8
≥8
9～12
6.5～11
9～12
5.5～9
14.3
15.7
15.8
≥5
≥2.5
（1000℃）
热态抗折强度，Mpa
110℃
1100℃
1400℃
≥9
≥9
≥9
16.7
16.0
线膨胀率，%
（1000℃）
抗热震性，次
（1100℃，水冷）
0.8
≥15
0.72～0.77
0.60～0.66
＞15
0.50
0.40
0.40
重烧线变化，%
110℃
400℃
＜1
-0.1～-0.2
-0.40
-0.77
＜0.4
（1000℃）
＜0.5
（1000℃）
＜0.5
（1000℃）
大型预分解窑用耐火材料
部位
砖种
备注
烧成带
中心部位
中心部位的两侧
直接结合镁铬砖
直接结合镁铬砖、普通镁铬砖
荷重软化温度≥1700℃，烧成带亦采用尖晶石砖
过渡带
尖晶石砖
卸料口
碳化硅砖、尖晶石砖、直接结合镁铬砖
窑口温度较低的窑拱用抗热震性好的优质高铝砖，磷酸盐高铝砖；窑口窑体变形或微裂用刚玉质浇注料
窑门罩或箅式冷却机喉部
高铝砖粘土质隔热砖、硅酸钙板
隔热砖使用温度可达1250℃，硅酸钙板使用温度为800～1000℃
部位
砖种
备注
烧嘴外侧及冷端下半侧
刚玉质浇注料
冷却带
耐碱的半酸性粘土和浇注料
温度在800～1200℃的所有部位
中空干法窑、湿法窑、立波尔窑和带余热锅炉配套窑衬材料
部位
窑衬材料
1.回转窑
后窑口
链条带
分解带
过渡带1
过度带2
烧成带
冷却带
前窑口
高铝质浇注料、粘土砖
钢纤维增强高铝质浇注料、高铝质浇注料、粘土砖
高强隔热砖、粘土砖、粘土砖和隔热砖（双层窑衬）
磷酸盐结合高铝砖
特种高铝砖、磷酸盐结合高铝砖
镁铬砖、半直接结合镁铬砖
特种高铝砖、磷酸盐结合高铝砖
钢纤维增强高铝质浇注料、高铝质浇注料
2.冷却机
单筒冷却机
多筒冷却机
箅冷机
磷酸盐结合高铝质耐磨砖
磷酸盐结合高铝质耐磨砖
磷酸盐结合高铝质耐磨砖（工作层）
隔热砖或硬钙硅石型硅酸钙板（隔热层）
新型干法窑配套窑衬材料
部位
窑衬材料
1.预热器、分解炉
工作层：
耐碱粘土砖、耐碱浇注料、高铝质耐碱浇注料
隔热层：
CB隔热砖、硅藻土砖、硬硅钙石型硅酸钙板
2.3次风管
工作层：
高强耐碱砖、耐碱浇注料
隔热层：
CB隔热砖、硅藻土砖、硬硅钙石型硅酸钙板、隔热浇注料
3.回转窑
后窑口
分解带
过渡带1
过度带2
烧成带
冷却带
前窑口
钢纤维增强高铝质浇注料、高铝质耐碱浇注料
耐碱隔热砖，CB20、CB30隔热砖
抗剥落高铝砖、化学结合高铝砖、磷酸盐结合高铝砖
尖晶石砖、半直接结合镁铬砖、普通镁铬砖
直接结合镁铬砖
抗剥落高铝砖、化学结合高铝砖、半直接结合镁铬砖、普通镁铬砖
钢纤维增强刚玉质耐火浇注料、刚玉质耐火浇注料、高铝质耐火浇注料、钢纤维增强高铝质耐火浇注料
4.窑门罩
工作层：
抗剥落高铝砖、高铝砖、高铝质耐碱浇注料
隔热层：
耐高温隔热砖、硬硅钙石型硅酸钙板、轻质隔热浇注料
5.冷却机
工作层：
抗剥落高铝砖、碳化硅复合板、磷酸盐结合高铝质耐磨砖、耐碱浇注料、高铝质耐碱浇注料
隔热层：
耐高温隔热砖、硅藻土砖、硬硅钙石型硅酸钙板、隔热浇注料
三、采用纳米技术开发耐火材料
1.纳米技术的魅力
“纳米技术”对我们来讲是一个极其新鲜而不可思议的世界，确实感到我们迄今信奉的“牛顿力学”在纳米世界里不能通用，在纳米领域中存在不可估量的未知领域。
让我们感到心广神怡，虽说耐火材料是成熟的产业，但近来不可否认技术停滞不前，目前正需要新技术引进。
若有意识地应用了纳米颗粒进行显微结构控制。
一定会有创新式的突破。
2.纳米技术在耐火材料中的应用前景
现有耐火材料，其控制界限是几微米。
而纳米技术开发出的各种纳米超细颗粒可以获得很难预测得到的具有划时代意义的性能。
因而纳米颗粒在耐火材料领域的应用非常广阔。
首先，决定以纳米颗粒为核心，利用耐火材料颗粒，结合剂等在其质中形成纳米结构基质。
其结果得知。
极少量的纳米结构基质的特性（物理特性、化学特性）成为决定整个耐火材料物理性能的重要因素。
最大的效果是提高了耐剥落性。
能够以纳米结构基质吸收因热冲击产生的急剧的热膨胀和收缩。
由此便能吸收耐火材料各个颗粒的膨胀及收缩。
另外，如果在耐火材料颗粒间的气孔也能填充配好的纳米颗粒，那么通过气孔内分割气孔孔径细化，也能提高对熔融物的耐蚀性。
同样在抗氧化性、抗化学侵蚀性等方面也同样可以开发出来。
未来纳米耐火材料的概况
存在于通常称为基质的细颗粒构成部分内的纳米结构，虽然量极少，但是对整个耐火材料的物理性能的影响却很大。
原来耐火材料一直相信耐剥落性和耐蚀性是相反的特性（相反方向的向量），如果提高耐剥落性、耐蚀性就会降低，所以两者的妥协点一直是根据使用条件来调整，这是现实。
为此对纳米耐火材料进行验证，结果证明有相当大的部分耐剥落性和耐蚀性存在同时提高的倾向（向量的同一方向性）。
在目前耐火材料中，认为首当其冲就是把耐剥落性和耐蚀性向反的特性（向量）向同一方向调整。
如果能解决这个问题，就能耐得住苛刻的热冲击，同时还能安心地加热到耐火材料颗粒的耐用临界温度。
因此把纳米颗粒引入耐火材料中是二十一世纪耐火材料的尖端技术之一，是值得我们去开发的
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