预分解窑对耐火材料的性能要求

预分解窑技术的发展和环保要求的提高都对耐火材料性能提出了新的要求。预分解窑历经40余年的发展，生产规模和装备规格大幅增加，造成系统内耐火衬体所承受的应力出现了诸多变化，窑温更高，窑速加快，更多碱等挥发性组分的侵蚀和高磨蚀。近年来，水泥窑协同处置工业和城市废物取得长足进展，不同行业的工业废物和低品位原燃料，大量地用作水泥原燃料，一些有害元素和重金属元素也随之带入系统内。此外，环保形势和国家政策要求控制水泥生产过程中NOx、SO2等有害气体及粉尘的排放，消除耐火材料中六价铬对环境的污染。 

1、不动设备衬体 

(1)由于窑尾废气温度较早期的系统提高了100℃～150℃以上，致使碱、氯、硫等结皮阻塞的现象和部位均有所增加。另外，采用工业废燃料和低品位燃煤后，有害物进一步增加，结皮阻塞现象进一步加剧。不动设备的衬料，不仅考虑抗碱、氯、硫等有害物的侵蚀及防结皮措施，还应考虑与衬料带来配套的金属锚钉和锚固件以及金属筒体承受高温和抗碱、氯、硫侵蚀的工况条件，生产中应尽量减少耐火衬料及金属部件的损坏。 

(2)系统热耗逐年下降，燃料燃烧所需的二次空气量相应减少，再加上冷却机热效率的提高，入窑的二次空气温度进一步增加，以及多风道燃烧器的使用，使燃烧器前端、窑门罩、篦冷机进料口部位的温度有较大提高，上述部位衬料不仅承受较高温度的熟料、烟气和气流温度的热应力，还要承受熔体(液相)熟料和粉尘熟料的侵蚀，更为严重的是遭受表面带熔体(液相)的高温熟料的结“雪人”的侵蚀。 

(3)燃料价格上涨，一些以往不能在水泥工业应用的燃煤，通过技术进步，现已在分解炉内大量应用，如低挥发份燃煤燃点温度高，且颗粒细，再加三风道燃烧器的使用，易在分解炉内造成局部高温，这对分解炉的工作层和隔热层材料的使用温度和隔热性能提出更高的技术要求。 

(4)窑的产量持续增加，预热器的规格和级数均在增加，预热器塔架所承受的金属筒体和衬料的负荷相应增大，必须减轻衬料重量来降低负荷及土建投资。其措施是在保持衬料性能的前提下，降低衬料容重，另一措施是，适当减少工作层衬料厚度，这对耐火砖和耐火浇注料衬体的机械性能和隔热材料的隔热性能提出更高的要求。 

(5)随着熟料质量要求的提高，煅烧温度相应提高，生料的配料率值相应增加，熟料在煅烧过程中飞砂料相应增加，这对三次风管、窑门、篦冷机内与熟料接触部位的衬体的抗磨蚀提出了更高的要求。 

(6)为减少NOx排放量，在分解炉采用分级煅烧，即燃料在局部还原气氛内燃烧，衬体内Fe2O3易受还原气氛影响还原成二价铁，砖内的铁含量有所限制。 

2、回转窑衬体 

(1)窑产量增加，窑径加大，窑内烧成带耐火砖所承受的单位热负荷随产量增加而增大，也易增大椭圆度对耐火砖所承受的热机械应力。 

(2)窑速进一步增大，目前最高转速高达(300～330)r/h，运转中易使火砖滑动，产生挤压损坏。此外，窑速增加，增大窑口部位耐火砖所承受的向下推力，从而造成损坏。这对窑内火砖的强度、精度、窑口型式和施工质量提高了要求。 

(3)熟料质量要求越来越高，则熟料中的石灰饱和系数KH、硅酸率n的率值进一步增加，熟料的煅烧温度进一步提高。窑料中的熔体量、熔体表面张力、熔体粘度均发生变化，对窑皮的性能也有影响。上述情况对窑内烧成带和上下过渡带使用的耐火砖以及窑口、窑门罩、回转窑内其他高温部位的耐火砖提出更高的温度要求，也对耐火砖的高温强度和抗机械应力，以及粘挂窑皮的性能提出要求。 

(4)通过技术进步，一些生产厂以往长期使用20%～30%挥发份的燃煤，改为大量使用挥发份低于10%的无烟煤。此类煤粉颗粒细，且燃点高，火焰集中，对轮带附近烧成带耐火砖的抗机械应力提出更高的需求。由于燃煤的挥发份低，没有完全燃烧的煤粉在燃烧的过程中，沉积在没有窑皮的砖面上，造成耐火砖碳剥落。此外，含硫较高的燃煤在还原气氛下，在窑内高温部位，熟料中的硫酸钙分解，重新生成SO2，并随高温窑气后逸，在回转窑后部分解带易与窑料一起结厚窑皮、结圈、结大颗粒熟料，并对该部位窑衬和金属筒体造成化学侵蚀，对耐火衬料和金属材料提出抗化学侵蚀要求。 

(5)工业废物作原燃料带来的影响。20世纪80年代初以来，工业发达国家逐步加大工业废物和市政垃圾作水泥原燃料的应用，目前个别国家原料代用超过260kg/t水泥，代用燃料达到煅烧熟料热值的90%，这一趋势仍在扩大。必须看到工业废物作原燃料对生产控制和熟料质量带来一定的影响。工业废物等作原燃料的品种多，数量少，成份难于均匀且含水量高，入窑的原燃料成份波动大，硫、氯、碱等有害物成份及数量多，致使窑料的率值、生料易烧性、熔体量、熔体粘度等频繁变化，在生产操作时，需经常调整操作参数，以保证熟料质量稳定，但事实上很难做到，会导致出现以下情况： 

(a)原燃料成份波动，熟料质量难于稳定，且热耗相应增加。 

(b)生产中易出现不完全燃烧，增加了碱、氯、硫等有害元素化合物的循环，易出现窑尾后结圈，长厚窑皮及预热器系统结皮堵塞。 

(c)熔体量、熔体粘度的频繁变化，易使烧成带窑皮厚薄变化及坍落。 

(d)代用燃料性能不一，其火焰的位置也不一致，相应增加了烧成带长度窑皮的变化和不稳定。 

上述情况对烧成系统内耐火砖和金属部件产生严重的损坏，必须提高性能才能满足生产需求。近年来一些耐火材料的性能，如耐火度、抗热震、抗硫碱侵蚀及抗机械应力均有较大提高。 

(6)余热发电的影响。近年来，预热器、冷却机废气用于发电，但一些生产线过量抽取高温热风，造成窑内还原气氛，增加硫碱循环，窑尾结皮堵塞和生产粉尘熟料降低窑的运转率，上述情况相应增加窑衬和筒体热化学侵蚀。对窑内耐火砖的氧化铁含量及抗硫碱侵蚀均提出技术要求。 

(7)六价铬的影响。水泥窑内大量应用Cr3+的镁铬砖，在含碱窑气的窑内使用后还原成极易溶于水的Cr6+。工业化国家在20世纪90年代起就制定保护水源的限制值，规定饮用水限制值为0.05mgCr(VI)/l，河流为0.30mgCr(VI)/l，污水为0.50mgCr(VI)/l。上述限制值迫使工业化国家停止使用含铬的耐火衬料。进入21世纪，又制定了限制水泥中含Cr6+的数量，明确禁止使用和销售水溶液Cr(VI)含量超过2ppm的水泥，并制定了测试方法。上述要求进一步限制了镁铬砖使用，必须开发适于挂窑皮的新品种的碱性耐火砖。2014年，我国环保标准与上述数值接近和相当，这个问题必须引起重视。