“雙碳”背景下水泥窯耐火材料面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展探討

實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”，是黨中央、國務(wù)院作出的重大戰(zhàn)略決策，是推動實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。高耗能行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，也是推動“雙碳”工作的重點難點行業(yè)，在此背景和行業(yè)特點下，耐火材料企業(yè)和水泥企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)、工藝的升級改造方面都在積極發(fā)力，也開發(fā)出了一系列節(jié)能降耗的新產(chǎn)品。那么，在水泥窯用新型耐火材料的研發(fā)、生產(chǎn)和使用上，水泥企業(yè)和耐火材料企業(yè)應(yīng)該怎么應(yīng)對，結(jié)合模塊化節(jié)能窯襯技術(shù)在洛陽中聯(lián)的應(yīng)用情況，談一下個人看法。

一、水泥窯用耐火材料的歷史

水泥窯用耐火材料的發(fā)展史就是隨著水泥生產(chǎn)工藝的不斷進步而在創(chuàng)新中持續(xù)自我提升、自我革命的發(fā)展史，也是水泥和耐火材料互相成就的發(fā)展史。

傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料品種比較單一，最早全窯采用Al2O3含量30%~40%的粘土磚。自二十世紀三十年代以后，為了提高窯襯壽命，在燒成帶開始配用Al2O3≥50%的高鋁磚。隨著窯爐規(guī)模逐漸增大和熟料產(chǎn)量、質(zhì)量的不斷提高，燒成帶用高鋁磚的使用壽命不能滿足要求，1936年在瑞士試用了鎂鋁磚，1938年在意大利首先使用了鎂鉻磚，預(yù)熱帶用粘土磚、分解帶熱端及冷卻帶采用高鋁磚、燒成帶采用鎂鉻磚，這種配套方案基本滿足了傳統(tǒng)水泥窯的使用需求。

八十年代初，我國開始引進國外大型預(yù)分解水泥生產(chǎn)成套裝備，隨著水泥回轉(zhuǎn)窯向大型化預(yù)分解窯的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的普通鎂鉻磚已不能適應(yīng)，直接結(jié)合鎂鉻磚應(yīng)運而生。在八十年代研制成功的適用于水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶的鎂鋁尖晶石磚，解決了過渡帶窯襯壽命低于燒成帶內(nèi)襯壽命的一大難題，使其燒成帶和過渡帶的使用壽命相匹配。實現(xiàn)了我國大型預(yù)分解水泥窯配套用耐火材料國產(chǎn)化。

二、水泥窯用耐火材料面對的挑戰(zhàn)及新產(chǎn)品的探索應(yīng)用

我國水泥工業(yè)發(fā)展迅速，從1985年起年產(chǎn)量及消費量均穩(wěn)居世界第一，2020年全國累計生產(chǎn)水泥23.77億噸。但是，我國水泥行業(yè)業(yè)面臨的形勢也很嚴峻，一是熟料產(chǎn)能過剩，水泥企業(yè)的運轉(zhuǎn)率低，2020年，全國11省市產(chǎn)量絕對量同比出現(xiàn)下滑，二是國家對“兩高”企業(yè)管控越來越嚴格，2021年11月15日國家發(fā)展改革委等5部門印發(fā)《高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平（2021年版）》通知，明確要求，水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗基準水平是117Kg標準煤，標桿水平為100Kg標準煤。依據(jù)能效標桿水平和基準水平，限期分批（一般不超過3年）實施改造升級和淘汰，對于不能按期改造完畢的項目進行淘汰。產(chǎn)能嚴重過剩和“雙碳”背景下出臺的一系列的管控政策對水泥窯用耐火材料提出了三個挑戰(zhàn)：

1.在國家“雙碳”背景下，對耐火材料的保溫、節(jié)能、環(huán)保功能提出了更高要求；

2.產(chǎn)能嚴重過剩，因市場需求疲軟導(dǎo)致水泥窯開停頻繁，對窯用耐火材料的穩(wěn)定性及使用壽命是一個嚴峻的考驗；

3.水泥企業(yè)積極開展智能化改造，耐火材料企業(yè)怎么從產(chǎn)品的施工及生產(chǎn)運行檢測方面提高綜合服務(wù)能力以滿足用戶智能化升級的需要；

面對新的發(fā)展形勢，為積極貫徹落實國家節(jié)能降碳及創(chuàng)新發(fā)展的理念，中國建筑材料聯(lián)合會提出了水泥工業(yè)應(yīng)大力發(fā)展“第二代新型干法水泥技術(shù)”，耐火材料作為水泥燒成過程中不可或缺的內(nèi)襯材料，是第二代新型干法水泥技術(shù)重要的支撐條件。為滿足第二代干法水泥技術(shù)的要求，耐火材料應(yīng)具有節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、長壽高效、安全穩(wěn)定等多種功能。各耐火材料研究單位和耐火材料生產(chǎn)廠家做了大量研發(fā)推廣工作，研發(fā)了不同種類的效果穩(wěn)定、壽命長、低導(dǎo)熱復(fù)合磚，開發(fā)出了各類新型耐火材料產(chǎn)品。在進一步提高耐火材料節(jié)能效果和適應(yīng)頻繁協(xié)同停窯方面取得了較好效果。

洛陽中聯(lián)水泥有限公司通過與河南中聯(lián)節(jié)能工程有限公司、河南瑞泰耐火材料科技有限公司、武漢科技大學(xué)及鄭州大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，研制試用了模塊化節(jié)能窯襯，該技術(shù)是輕量化耐火磚、功能型托板、陶瓷保溫材料和納米絕熱材料的集合體，具有安全穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了水泥回轉(zhuǎn)窯窯襯的整體模塊化施工，與傳統(tǒng)窯襯結(jié)構(gòu)相比，整體重量更輕，絕熱性能更好，高溫負荷條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強；與傳統(tǒng)的施工方式相比，投入人員數(shù)量更少，周期更短，效率更高，安全性更有保障。

模塊化節(jié)能窯襯于2018年開始在洛陽中聯(lián)試用，經(jīng)過三年多的試用，產(chǎn)生了較好的節(jié)能效果，

1.模塊化節(jié)能窯襯比原來使用鎂鐵尖晶石+硅莫磚，窯襯總重量減輕122 t，減輕比例為：18.7%。

洛陽中聯(lián)ф4.8x72m回轉(zhuǎn)窯輕量模塊化節(jié)能窯襯配置方案

2.使用輕量模塊化節(jié)能技術(shù)燒成帶筒體溫度平180--250℃，溫度下降90-110℃左右，窯皮溫度比較均勻穩(wěn)定；過渡帶筒體溫度平均230--260℃，溫度下降100-130℃左右。

窯筒體溫度對比表

3、使用輕量模塊化節(jié)能窯襯后回轉(zhuǎn)窯主電機電流下降222--250A，噸熟料綜合電耗降低1.5KWh左右。

4.使用輕量模塊化節(jié)能技術(shù)噸熟料標煤耗降低1.5到2.5kg。

5.噸熟料減少氮氧化物排放0.0738kg，年減少氮氧化物排放133t；噸熟料減少二氧化碳排放14.514kg，年減少二氧化碳排放26125t。

通過試用，在滿足節(jié)能降耗要求的同時，預(yù)熱帶、過渡帶等部位穩(wěn)定性和壽命都較傳統(tǒng)耐火材料有明顯優(yōu)勢，在燒成帶的使用上，由于模塊化節(jié)能窯襯與傳統(tǒng)的低導(dǎo)熱磚相比導(dǎo)熱率更低，不同種類材料在使用過程中共同承受熱負荷和荷載，導(dǎo)致在使用的過程中會出現(xiàn)停窯后磚縫過大的現(xiàn)象，對于此類情況，要從點火升溫和停窯冷卻的的過程加以控制，必須更加注重設(shè)計好升溫曲線，嚴格遵守慢升溫不回頭的升溫規(guī)定，停窯冷卻過程中，盡量晚開窯門，自然降溫，避免降溫過程中因為各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)、收縮量不同而造成耐火材料的自我損傷。

面對耐火材料日新月異的創(chuàng)新發(fā)展，尤其是新型耐火材料的不斷面世，作為水泥企業(yè)，在耐火材料的管理使用上要從三個方面加大力度：

一是要有統(tǒng)一的耐火材料管理理念，更加注重新型耐火性材料的性能和使用條件，將耐火材料的使用管理作為水泥窯工藝管理的重要環(huán)節(jié)，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)質(zhì)量的管理和耐火材料的使用要一體化管理，避免造成耐火材料的非正常損壞，

二是使用的原燃材料要保持穩(wěn)定，盡量控制有害成分，防止結(jié)皮、副窯皮的產(chǎn)生；

三是處理危廢垃圾的生產(chǎn)線要與耐火材料生產(chǎn)廠家及時溝通，在耐火材料的配置方案上及時調(diào)整。

同時，耐火材料生產(chǎn)廠家也要加強技術(shù)攻關(guān)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，形成科學(xué)溫度梯度，將不同種類材料限定在其許用溫度和強度范圍內(nèi)，在高溫高負荷的使用條件下，各種材料能夠發(fā)揮所長，絕熱材料能夠得到更好的保護，整體性能更加安全穩(wěn)定。

總之，對于新型耐火材料的使用，水泥生產(chǎn)企業(yè)和耐火材料研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)要同心同力，只有這樣，新產(chǎn)品、新技術(shù)才能順利使用，效果才能充分發(fā)揮。

三、窯用耐火材料的發(fā)展趨勢

隨著中國工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與國家十四五規(guī)劃實施方案的落地，耐火材料工業(yè)必然為迎合工業(yè)發(fā)展需求而不斷的創(chuàng)新；同時，國家對碳達峰、碳中和的高度重視，對“兩高”企業(yè)的嚴格管控，下游企業(yè)節(jié)能降耗、智能制造的改革，必將使優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、低碳、長壽、高效等新型耐火材料的需求不斷的增加，也迫使耐火材料企業(yè)不斷向高端產(chǎn)品及高精尖工藝的方向研究發(fā)展，所以耐火材料企業(yè)需要不斷提高企業(yè)的綜合實力，更重要的是提高研發(fā)創(chuàng)新能力，持續(xù)不斷的開發(fā)低耗能、高壽命的新型耐火材料產(chǎn)品，提高綜合服務(wù)能力以滿足新工業(yè)時代下水泥用戶的需求。

不僅僅是耐火材料需要持續(xù)不斷的開發(fā)，在“雙碳”目標下，水泥行業(yè)新一輪節(jié)能降耗的浪潮正席卷而來。

為應(yīng)對未來嚴峻節(jié)能形式，不少水泥企業(yè)已經(jīng)開始積極行動，探索節(jié)能降碳技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，布局光伏等新能源領(lǐng)域，但依然面臨眾多未知困難。為此，中國水泥網(wǎng)將于2021年12月21-22日，在安徽蕪湖海螺大酒店舉辦以“節(jié)能降碳 創(chuàng)新增效 綠色升級”為主題的“第九屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會暨水泥‘雙碳’大會”。誠邀政府主管領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)技術(shù)專家、科研單位、水泥生產(chǎn)企業(yè)和供應(yīng)商等，共同探討水泥行業(yè)節(jié)能減排新途徑，加速實現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展。