大型干法回轉(zhuǎn)窯窯襯優(yōu)化配置的探討與應(yīng)用

　　0 前言
　　隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)水泥需求的持續(xù)增長(zhǎng)及“十一五規(guī)劃”明確淘汰落后產(chǎn)能（立窯、1000 t/d以下）的要求，給大中型旋窯水泥工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇。至目前全國(guó)新型干法生產(chǎn)線已突破1000臺(tái)，其產(chǎn)能所占總量已達(dá)60%以上；而且旋窯規(guī)模的大型化以及窯轉(zhuǎn)速的加快，對(duì)耐火磚的熱震穩(wěn)定性、抗機(jī)械應(yīng)力、抗化學(xué)侵蝕的要求較高。因此，耐火磚的選用、配置優(yōu)化和管理，是影響窯系統(tǒng)運(yùn)行效率的一個(gè)重要因素。本文就海螺集團(tuán)大型回轉(zhuǎn)窯耐火磚的使用和優(yōu)化情況作一分析探討。

　　1 海螺集團(tuán)回轉(zhuǎn)窯窯襯使用概況
　　海螺集團(tuán)目前擁有近60臺(tái)2 000 t/d到10 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯窯襯的配置經(jīng)歷了不斷實(shí)踐、總結(jié)、摸索和優(yōu)化的過(guò)程。以前海螺水泥回轉(zhuǎn)窯磚型配置設(shè)計(jì)主要為：燒成帶和過(guò)渡帶分別采用進(jìn)口鎂磚系列、尖晶石系列，使用周期為10個(gè)月左右；預(yù)熱帶采用國(guó)產(chǎn)抗剝落磚，使用周期為20個(gè)月左右。這一配置方案基本能滿足回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行要求，但進(jìn)口磚價(jià)格較貴，每年每條窯需購(gòu)置300～500t進(jìn)口堿性磚；而且進(jìn)口堿性磚都是集中采購(gòu)和到達(dá)，造成庫(kù)存居高不下，同時(shí)在海上運(yùn)輸時(shí)間較長(zhǎng)，加上訂購(gòu)、生產(chǎn)、存放等環(huán)節(jié)周期等原因，必然都對(duì)堿性磚的使用及其效果產(chǎn)生一定影響。

　　隨著國(guó)產(chǎn)堿性磚質(zhì)量的不斷提高，海螺也通過(guò)多年不斷對(duì)國(guó)產(chǎn)堿性磚進(jìn)行試用跟蹤和總結(jié)，在取得一定使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上以后，逐步摸索全窯國(guó)產(chǎn)化配置。在2005年第一次實(shí)現(xiàn)了全窯國(guó)產(chǎn)化配置，從2006年以后，日產(chǎn)5000 t回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化配置（見(jiàn)表1），

表1 5000 t/d回轉(zhuǎn)窯目前國(guó)產(chǎn)化內(nèi)襯配置方案

　　使用壽命在保持或超過(guò)進(jìn)口堿性磚的前提下，實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)5000t/d回轉(zhuǎn)窯每年能節(jié)省內(nèi)襯近100萬(wàn)元的直接成本。但隨著環(huán)保和節(jié)能降耗的需要，表1的窯襯配置的一些不足之處也日趨明顯。如用于上過(guò)渡帶的尖晶石磚導(dǎo)熱系數(shù)大，窯筒體外壁溫度高，窯中部托輪瓦溫度升高，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，具體分析如下。

　　（1）表1窯內(nèi)用磚品種比較多，增加了平時(shí)耐火磚的管理難度，尤其是窯內(nèi)磚使用壽命達(dá)不到同步效果，協(xié)調(diào)性差，為了降低直接成本，只得分段更換維修，使檢修間隔時(shí)間一般在4～6個(gè)月。這樣，整窯耐火磚檢修頻率一般為2～3次/年，個(gè)別窯達(dá)4次/年以上。因此表1配置方案，既增加了檢修時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，又增加了熟料成本，同時(shí)含鉻廢磚對(duì)環(huán)境還會(huì)產(chǎn)生一定的隱患。

　?。?）使用時(shí)存在主要問(wèn)題：前過(guò)渡帶使用的尖晶石磚在施工時(shí)易碎，易造成內(nèi)襯成本上升；而且尖晶石磚或燒成帶使用的鎂鉻磚的導(dǎo)熱系數(shù)大（≥2.7W/m·K），使得窯筒體外壁溫度較高（大約在380℃左右，高溫時(shí)能達(dá)420℃）。筒體外壁溫度較高，一方面使窯筒體散熱增加，從而加大熟料熱耗，引起熟料單位成本增加；另一方面極易使筒體受熱膨脹，致使窯中部托輪瓦溫度升高，尤其是在使用后期或夏季給設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)較大隱患。鎂鉻磚或尖晶石質(zhì)量密度較大（2.9～3.0 g/cm³），相比較硅莫紅磚要重10％（約每米增加1.35 t），顯然這增加了窯筒體的承重，也增加窯支承系統(tǒng)的負(fù)荷。此外鎂鉻磚、尖晶石磚均屬于堿性材料，在南方地區(qū)極易吸濕而發(fā)生內(nèi)部晶相轉(zhuǎn)化，從而造成磚的粉化、水化，輕則影響使用，重則失去使用價(jià)值。

　?。?）預(yù)熱帶存在的問(wèn)題：大型水泥窯預(yù)熱帶所使用的耐火材料傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為抗剝落磚，抗剝落磚具有熱震穩(wěn)定性高、使用周期長(zhǎng)（達(dá)2年以上）的特點(diǎn)。

　　但近年來(lái)原材料，特別是抗剝落磚主要組成成分鋯英砂價(jià)格猛增。其中國(guó)產(chǎn)鋯英砂原材料價(jià)格從3 000元/t左右漲到9 600元/t，進(jìn)口鋯英砂更是達(dá)到了12000元/t，而抗剝落磚銷(xiāo)售價(jià)格并沒(méi)有同步上漲，造成抗剝落磚生產(chǎn)廠家為了降低成本不得不使用替代材料，從而影響了使用壽命。現(xiàn)在抗剝落磚使用壽命一般在一年半左右。

　　2 大型回轉(zhuǎn)窯窯襯的優(yōu)化配置
　　2.1優(yōu)化配置方案
　　為降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，需要進(jìn)一步提高科學(xué)管理水平，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯窯襯三年二次大修的安全使用壽命目標(biāo)。圍繞這個(gè)目標(biāo)，經(jīng)對(duì)窯用耐火材料品種性能的研究分析和業(yè)已取得的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行了窯用耐火材料的優(yōu)化配置探索與實(shí)踐并取得了一定經(jīng)驗(yàn)。

　　為使各段耐火材料在整條窯上同步使用，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命，海螺相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員與國(guó)內(nèi)外一些專(zhuān)業(yè)耐火材料生產(chǎn)廠家做了大量的研究和使用跟蹤工作，并曾與國(guó)際知名耐火磚生產(chǎn)廠家（如雷法和奧鎂公司）成功合作使用無(wú)鉻（鎂鐵尖晶石磚、純鎂磚和白云石）或低鉻耐火磚；近年又跟蹤開(kāi)發(fā)、使用了更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的替代產(chǎn)品硅莫磚等系列，與國(guó)內(nèi)山東魯中和無(wú)錫寶宜在海螺部分窯后過(guò)渡帶成功使用了硅莫磚。尤其是窯口、前過(guò)渡帶（26～36 m等）位置使用江蘇君耀開(kāi)發(fā)的硅莫紅磚系列耐火磚，已達(dá)到18個(gè)月以上的使用效果，整體使用性能優(yōu)于尖晶石磚。

　　經(jīng)過(guò)幾年的積極探索和使用實(shí)踐，我們對(duì)整條水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料的進(jìn)一步合理使用和優(yōu)化配置積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。若能做到窯內(nèi)用磚品種只選有兩個(gè)品種主磚，通過(guò)優(yōu)化操作，加強(qiáng)工藝檢修管理，則整條水泥窯耐火材料可以實(shí)現(xiàn)以3年為周期進(jìn)行維修管理，實(shí)現(xiàn)3年二次大修目標(biāo)，使窯的運(yùn)行周期大幅度提高。優(yōu)化后的配置見(jiàn)表2（各種耐火材料的性能對(duì)比見(jiàn)表3），既簡(jiǎn)化了耐火材料管理程序，降低生產(chǎn)、維修和管理成本，同時(shí)又達(dá)到無(wú)鉻化環(huán)保要求。

表2 優(yōu)化后窯襯配置方案

表3 各種耐火材料的性能對(duì)比

　　表2配置方案已在海螺5000t/d回轉(zhuǎn)窯上分別進(jìn)行過(guò)使用，實(shí)際壽命基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)硅莫系列耐火磚已在國(guó)內(nèi)外大型回轉(zhuǎn)窯廣泛使用，并取得了良好的使用業(yè)績(jī)。

　　2.2優(yōu)化配置效益測(cè)算
　?。?）改善窯中輪帶部位運(yùn)行條件。因硅莫磚導(dǎo)熱系數(shù)小[1.7 W/（m·K）]，使得窯筒體外壁溫度較低（大約在320℃左右），筒體不易變形，且改善了窯中部托輪的受力情況，有利于設(shè)備的正常運(yùn)行。

　?。?）優(yōu)化后的配置方案消除了鉻離子污染源，符合行業(yè)的可持繼發(fā)展要求和環(huán)境保護(hù)要求。

　?。?）提高產(chǎn)量和降低耐火磚檢修成本。對(duì)5 000t/d生產(chǎn)線而言，采用優(yōu)化的配置方案，使得窯襯的大修實(shí)現(xiàn)了3年2次大修，與一年1次大修相比每年可節(jié)約窯襯檢修直接成本約50萬(wàn)元以上；而且因窯運(yùn)轉(zhuǎn)率提高，所帶來(lái)的熟料產(chǎn)量提高和余熱發(fā)電的增加等效益測(cè)算，每年可多實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)近70萬(wàn)元。

　?。?）節(jié)能效果明顯。硅莫磚較小的導(dǎo)熱系數(shù)（1.7W/m·K）使得窯筒體外壁溫度維持在320℃左右，較小的熱損降低了熟料的單位成本。經(jīng)設(shè)計(jì)技術(shù)部門(mén)測(cè)算，5000t/d窯的前、后過(guò)渡帶使用硅莫磚與尖晶石磚相比較，每天可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 077.2 kg（按此算，每臺(tái)窯每年節(jié)約用煤600多t，約合30萬(wàn)元）；

　?。?）便于調(diào)配儲(chǔ)存及降低管理費(fèi)用。硅莫紅磚具有性能穩(wěn)定、保管簡(jiǎn)便、供貨響應(yīng)及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，且不存在吸濕水化的問(wèn)題，倉(cāng)儲(chǔ)保管非常簡(jiǎn)便。另外，硅莫紅磚制造周期較短的特點(diǎn)也有利于合理備磚，減少備品量，節(jié)約資金。全窯主要只用兩種磚，較少的磚種也有利于降低管理成本。

　　3 結(jié)論

　?。?）經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與實(shí)踐積累，國(guó)產(chǎn)耐火磚在5000t/d回轉(zhuǎn)窯上的配置已達(dá)到或超過(guò)國(guó)際同行業(yè)水平，在以后使用中將逐步得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

　?。?）對(duì)于日產(chǎn)5000 t/d熟料生產(chǎn)線如采用本文表2配置方案，可以達(dá)到減少停窯次數(shù)、降低磚耗與筒體溫度等，使每臺(tái)窯每年能節(jié)約綜合成本在100萬(wàn)元以上。

　?。?）由于符合環(huán)境友好無(wú)鉻化要求，采用硅莫紅系列、鎂鐵尖晶石或白云石磚等無(wú)鉻耐火磚的優(yōu)化配置將是今后新型大型回轉(zhuǎn)窯窯襯的必然選擇。

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