水泥窑下料管新型抗结皮耐火材料使用经济效益分析对比

本文通过采用新型微晶抗结皮耐火材料和纳米隔热板保温材料替代传统抗结皮浇注料，减少了预热器下料管因结皮厚造成堵塞的概率，达到了降低能耗、隔热保温和降低工人日常清理结皮的劳动强度和风险的目的。 

1 项目背景 

我公司5000t/d熟料生产线自投产以来由于原材料中有害成分含量偏高和工艺系统的局限，之前使用的抗结皮浇注料效果不理想，生产过程中一直存在预热器系统结皮较为严重的问题。系统连续运转2个月后C5内结皮厚度能达到20cm，因下料管结皮造成预热器堵塞的工艺事故较多，虽然后来通过增加空气炮定点喷吹和人工清理稍有改善，但由于石灰石有害成分偏高，无法从根本上解决预热器结皮多的难题。 

2018年年底我公司开始尝试采用新型抗结皮耐火材料，希望可以解决预热器下料管结皮多、易造成卡堵、清理难度大的问题。在试用过的新型抗结皮耐火材料中，效果最为突出的是微晶筒+浇注料+纳米隔热板的技改方案。本文介绍相关技改方案及经济效益分析，以供参考。 

2 新型抗结皮耐火材料性能及机理分析 

2.1 新旧抗结皮耐火材料性能对比 

抗结皮耐火材料一般为高铝碳化硅制品，由于碳化硅硬度高、热稳定性好、高强耐磨耐腐蚀，不与水泥生料反应，所以具有良好的抗结皮性能。 

传统抗结皮浇注料主要成分为SiO2+SiC≥60%，最高使用温度1400℃，体积密度≥2.5g/cm3(110℃×24h)，耐压强度≥60MPa(110℃×24h)或≥80MPa(1100℃×3h)，抗折强度≥8MPa，加热线变化率±0.5%(1100℃×3h)，施工方法为振动浇筑，对施工加水量和养护要求比较严格。要求存放不受潮且保质期为6个月。传统浇注料施工方法很难做到表面光滑，在使用过程中抗结皮效果并不理想。

2.2 结皮产生原因及防结皮机理 

结皮产生的主要原因是原燃材料中的挥发性有害成分随温度升高挥发并富集循环，产生的氯化碱(RCl)和硫酸碱(R2SO4)等低共熔化合物包裹部分生料附着在烟室内壁、最低两级预热器锥体及下料管内壁上形成了结皮，大量的结皮附着势必影响系统通风，影响窑系统工况，严重时结皮脱落堵住锥体及下料管部位，影响回转窑的正常运转，给企业带来经济损失和安全隐患。 

微晶新材经注浆或压制成型工艺制成胚体后，采用一次烧成工艺制成，在1400~1500℃的温度下反应形成微晶化氮化硅多相复合特种耐磨材料，不与其他物料产生结晶，所以防结皮效果很好。微晶新材具有以下优点： 

(1)质量轻。微晶材料的密度只有2.7~3.0g/cm3，与耐火材料密度相当。 

(2)耐高温。微晶材料的长时间耐高温温度是1200℃，短时间耐高温温度可达到1300℃，随着温度的升高，性能有所下降。 

(3)热稳定性好。微晶新材耐急冷急热性实验在750℃水冷条件下>10次不破坏，实际应用温度是1200~100℃交互作用不破坏。 

(4)高耐磨。微晶新材具有优异的耐磨性能，磨耗量为0.03g/cm2，耐磨性是铸石(0.09g/cm2)的3倍。 

(5)耐酸碱。微晶新材既耐酸又耐碱，特别是在高温下也能在酸碱交替的复杂环境下使用。 

(6)优良的抗结皮性能。由于微晶材料特殊的物理性能且表面光滑，能使物料不与其发生反应，也不会黏结在内衬材料上，非常适合水泥行业烟室、下料管等高温、酸碱度及温度变化频繁的部位，而且制作、安装、施工简便，我公司使用半年后经观察烟室及下料管内壁几乎零结皮，效果非常好。

3 技改方案 

(1)拆除C4、C5旧下料管。 

(2)重新制作直径D=950mm铁质外筒，内部安装内径为Φ700mm的微晶筒，微晶筒外部镶贴30mm厚纳米隔热板，隔热板与铁质外筒中间焊接V80扒钉、填充浇注料，在合适部位预留清灰孔，要求微晶筒必须卡入卡槽内，接缝处无爬台现象，确保纳米隔热板镶贴严密、浇注料厚度均匀，C4、C5下料管总长度L=48m，散热面积F=πDL=3.14×0.95×48=143(m2)。 

(3)安装时，下料管角度位置不变，更换为镶贴抗结皮微晶筒下料管。 

4 经济效益分析 

(1)技改支出费用：材料费用56.71万元，施工费20.61万元，合计77.32万元。 

(2)因下料管结皮造成卡堵停窑事故减少，此类停窑事故每次处理时间平均在2h左右，历年因下料管卡堵造成停窑的次数平均每年有2次，熟料台时产量250t/h，熟料价格为400元/t，每年因下料管卡堵造成损失约为250×400×2×2=40(万元)。 

(3)下料管改造后，外表面平均温度93℃，比技改前平均温度187℃下降了94℃(见图2)，减少了散热损失1.03×106kJ/h，按每年实际运行200d、原煤价格770元/t、收到基低位发热量按24697kJ/kg计算，每年可节省燃料成本约15.42万元。 

(4)外协施工队伍下料管结皮清理费用860元/m，C4、C5下料管总长度48m，按照每年清理一次，节约结皮清理费用860×48=4.13(万元)。 

(5)原下料管结皮较多，日常中须用高压水枪进行清理，对浇注料损伤严重，按照每两年更换一次浇注料计算，节约耐火材料费用13万元，施工费用4.6万元，合计17.6万元，折合每年节省8.8万元。 

综上计算可知，技改后每年经济效益约68.35万元，投资回报期为14个月。更换新材料运行半年后观察下料管内部几乎没有结皮，大大减少了人工清理频次，降低了员工劳动强度，减少清理时高温烫伤的风险。