鄭州威爾特耐材公司：白灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)流程及耐火材料的配置

 鄭州威爾特耐火材料有限公司

石灰產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的有著重要的地位，石灰是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)原材料，目前國內(nèi)外尚無一種材料可以替代它的地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石灰在國民經(jīng)濟(jì)中的作用越來越大。作為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，石灰工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。改革開放以來，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，推動(dòng)國內(nèi)石灰行業(yè)快速發(fā)展。石灰產(chǎn)量的迅速增長，從數(shù)量上已經(jīng)基本滿足我國大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。

石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機(jī)膠凝材料，用石灰石、白云石、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經(jīng)1200~1300℃煅燒而成。石灰作為一種廉價(jià)的堿性氧化物，主要用途分為兩類:一是建筑用石灰；二是工業(yè)用石灰。建筑石灰的要求不是很高，用量相對不是很多，都采用工藝先進(jìn)的機(jī)械化立窯；工業(yè)用石灰由于對石灰的質(zhì)量要求較高，多采用工藝先進(jìn)的回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯、套筒窯等。

“十二五”時(shí)期前兩年由于工業(yè)用石灰消費(fèi)量增加角度，石灰的產(chǎn)量增幅較大，2012年石灰產(chǎn)量2億噸，比2010年增加17.6%，其中建筑用石灰7000萬噸，工業(yè)用石灰1.3億噸。世界石灰石和白云石資源量非常大，足夠石灰生產(chǎn)。2020年中國石灰產(chǎn)量達(dá)3億噸，占世界總產(chǎn)量的70.75%。

我國石灰生產(chǎn)的規(guī)模年產(chǎn)能小于10萬噸的企業(yè)有4000多家，占行業(yè)企業(yè)數(shù)量的87%;年產(chǎn)能大于10萬噸的企業(yè)數(shù)量為500多家，占行業(yè)企業(yè)數(shù)量的13%;行業(yè)中的小企業(yè)較多，產(chǎn)能分散。石灰生產(chǎn)采用先進(jìn)技術(shù)窯型的產(chǎn)能占比為28%;落后技術(shù)產(chǎn)能占比44%;落后技術(shù)產(chǎn)能占比較大，行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的空間較大。

由于鋼鐵、有色、化工、輕質(zhì)碳酸鈣、環(huán)保產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展帶動(dòng)，我國工業(yè)石灰消費(fèi)量增長迅速，已成為石灰應(yīng)用的主要領(lǐng)域。石灰已經(jīng)從傳統(tǒng)建筑材料應(yīng)用為主轉(zhuǎn)為以工業(yè)基礎(chǔ)原料應(yīng)用為主。建筑用石灰和工業(yè)用石灰比例由13:7變?yōu)?:13，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了根性變化（其中中國粗鋼產(chǎn)量占全球粗鋼產(chǎn)量一半以上，鋼鐵產(chǎn)能達(dá)到12.6億噸，白灰行業(yè)有著很大的發(fā)展空間）。

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)白灰行業(yè)進(jìn)入新的征程。白灰行業(yè)異軍突起，目前生產(chǎn)白灰的窯型有：回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、麥爾茲窯（雙膛窯）、梁式豎窯、立窯等。

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)回轉(zhuǎn)窯石灰具有反應(yīng)速度快，氧化鈣含量高、雜質(zhì)少，結(jié)構(gòu)孔隙率高，表面積大，色白、焙燒度均勻的特點(diǎn)。一般叫高活性石灰，由于它的指標(biāo)優(yōu)，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)普遍受到生產(chǎn)企業(yè)的歡迎，成為現(xiàn)在國內(nèi)石灰行業(yè)較先進(jìn)的窯型，受到越來越多石灰人的認(rèn)可，近幾年石灰回轉(zhuǎn)窯的建設(shè)突飛猛進(jìn)，出現(xiàn)了從日產(chǎn)300噸到1300噸的系列窯型，承建企業(yè)也是百花齊放的景象。

一、回轉(zhuǎn)窯窯型和產(chǎn)量及能耗

二、白灰回轉(zhuǎn)窯的原理及結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)窯一般分為預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯筒體、冷卻系統(tǒng)三部分組成，通常叫三大主機(jī)。

高溫風(fēng)機(jī)窯尾除塵、煤粉制備系統(tǒng)（煤氣、天然氣、石油焦）和動(dòng)力系統(tǒng)三大輔助系統(tǒng)組成。       五大主要系統(tǒng)共包括：上料系統(tǒng)、窯本體系統(tǒng)、出料破碎及運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。

1、煅燒理論解述

根據(jù)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)，整個(gè)燃燒過程分為三個(gè)階段，既有爐頂自上而下分為預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶。SHAPE \* MERGEFORMAT

CaCO₃→CaO+CO₂↑

2、預(yù)熱器里預(yù)熱帶煅燒及重點(diǎn)耐火材料配置  

預(yù)熱帶位于爐頂?shù)纳喜浚谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)，物料與回轉(zhuǎn)窯燃燒帶對流上來的熱量進(jìn)行交換，使石灰石中的水分得到蒸發(fā)，石灰石初步受熱不產(chǎn)生龜裂，體積膨脹，極限抗壓強(qiáng)度得到下降。爐料逐步加熱到900°，進(jìn)入煅燒帶。預(yù)熱器溫度一般在900-1100°。石灰石分解溫度在900°開始表層小分解，受轉(zhuǎn)窯高溫帶對流上來的熱量影響，石灰石在預(yù)熱器分解率達(dá)到30-35％，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯高溫帶后，再輕燒至1250-1350°即可。

耐火材料配置：（1）分料倉里面的分料梁一般采用剛玉鋼纖維澆注料，體密在2.8噸/m3，這種材料具有耐高溫、耐腐蝕性能，高溫下強(qiáng)度可以達(dá)到100兆帕以上。同時(shí)建議這種澆注料采用進(jìn)口拉法基CA-71純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。由于分料倉每天有超過石灰產(chǎn)量2倍的石料自進(jìn)料口向下沖擊分料梁，所以這里的耐火材料除了耐溫，還要有比較強(qiáng)的抗沖擊能力。分料梁耐火材料頂部砌筑成梯形為好，梯形頂部可以保留一部分石料，減輕大量的石料對分料梁的沖擊力。加裝分料梁的目的就是減輕石料對推頭的沖擊力。

（2）通風(fēng)梁也是比較重要的部位，如果分料倉堆積石料太多，在推頭外推過程中就容易磨損通風(fēng)梁底，所以通風(fēng)梁采用剛玉鋼纖維澆注料。分料倉里墻采用體密為2.6的鋼纖維澆注料，耐磨損強(qiáng)度高即可。外墻是采用保溫硅鈣板和高鋁低水泥澆注料，降低預(yù)熱器外圍溫度。整個(gè)預(yù)熱器分料倉耐火材料可以使用3-5年。

（3）天圓地方下料口SHAPE \* MERGEFORMAT

天圓地方是預(yù)熱器堆料平臺(tái)的下料口位置。下料口是一個(gè)耐高溫、耐氣體腐蝕、耐磨損、耐沖擊力的地方。所以采用強(qiáng)度高、密實(shí)度好的體密2.8噸/m3剛玉鋼纖維澆注料（澆注料結(jié)合劑采用進(jìn)口拉法基CA-71純鋁酸鈣水泥）。天圓地方每天承受著高于白灰日產(chǎn)量2倍的石料的沖擊與磨損，也是最容易出問題的地方，下料口成了重中之重之地。下料口采用澆注料（如上圖所示），下料口下部有的采用剛玉鋼纖維澆注料，有的采用耐壓強(qiáng)度達(dá)110Mpa的特種磷酸鹽磚。正常熱工條件下，耐火材料可以使用3-5年的 使用效果。

（4）煙室和轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽   

轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽是從預(yù)熱器天圓地方落下的石料，落在溜槽里，然后下流到煙室，通過進(jìn)料口進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。溜槽的底部斜面的設(shè)計(jì)角度直接影響著溜槽底部所砌筑耐火材料的使用壽命。

案例：我曾去過山西昔陽化工公司4×60米600噸/日白灰線，他們的轉(zhuǎn)窯溜槽底部斜板設(shè)計(jì)角度太大，存不住石料，砌筑在溜槽底部的耐火材料4個(gè)月就出現(xiàn)損壞和燒壞現(xiàn)象。如果將溜槽底板角度設(shè)計(jì)平緩的話，底部就可以存留一部分石料，在預(yù)熱器上面的石料自上而下沖擊中，直接砸向溜槽堆積的石料，減緩對溜槽底部耐火材料的沖擊力，從而保護(hù)了耐火材料，增加耐火材料的使用壽命，從而減少廠家的維修成本。有的設(shè)計(jì)院在此部位設(shè)計(jì)為碳化硅磚，價(jià)格在15000元/噸，需要3-5噸，由于設(shè)計(jì)的問題，增加了不少企業(yè)的投資成本。如果設(shè)計(jì)角度合適，就是普通的高鋁磚也能用5-7年。這一點(diǎn)山西長治乾源工貿(mào)和廣西華洋公司及廣西華燕公司設(shè)計(jì)的就比較好。

（5）煙室溫度900-1000°，下料口從預(yù)熱器沖擊下來的石料，通過煙室下料口進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯窯口處，通過回轉(zhuǎn)窯的傾斜旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行到回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒。每天有超過白灰產(chǎn)量2倍的石料從此處進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，沖擊進(jìn)料口澆注料和回轉(zhuǎn)窯窯尾澆注料，澆注料損毀比較嚴(yán)重。澆注料要采用體密2.8的剛玉鋼纖維澆注料，強(qiáng)度高，耐磨性好。同時(shí)建議廠家把出料口耐熱鋼加長30-50公分，物料可以直接沖擊到窯尾耐火磚上面，避免窯尾澆注料的損毀，可以增加其使用壽命3-5年。

3、煅燒帶石灰石煅燒及耐火材料配置（回轉(zhuǎn)窯本體）

位于爐體的中部，進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，有鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入適量的空氣助燃，燃料開始燃燒，并釋放出大量的熱量，溫度逐步提高到1250°-1350°。在預(yù)熱器經(jīng)過預(yù)熱和表面分解的石灰石進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯煅燒帶，隨著溫度的升高，石灰石從表層分解轉(zhuǎn)入到顆粒內(nèi)部分解。碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳CaCO₃=CO+CO_2，放出的氣體進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱，石灰石的分解速度與煅燒區(qū)的溫度產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被帶走的速度有關(guān)，同時(shí)也與燃料比，進(jìn)入的空氣有關(guān)。分解反應(yīng)速度與通過燒成帶時(shí)間的乘積等于物料粒徑，石灰燒熟、燒透，小于物料粒度出現(xiàn)生燒，大于物料粒度則出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。

耐火材料配置：回轉(zhuǎn)窯分為三部分煅燒帶（18-20米）、過渡帶(10-15米)、預(yù)熱帶。由于白灰燒結(jié)溫度在1200-1350°，所配置的耐火磚具備耐高溫、耐磨、耐腐蝕、對機(jī)械窯體有抗沖擊力等特點(diǎn)。高溫煅燒帶首選特種磷酸鹽改性磚和鋁鎂尖晶石磚。特種磷酸鹽改性磚體密2.9以上，耐壓強(qiáng)度110兆帕，荷重軟化溫度1530°，氣孔率小于15，耐火度1790°。在400噸/日、600噸/日、800噸\日白灰回轉(zhuǎn)窯線上面高溫帶使用2-3年。1000噸/日白灰線選用鋁鎂尖晶石磚，高溫帶使用2年?；剞D(zhuǎn)窯過渡帶和預(yù)熱帶使用2.75體密的特種磷酸鹽改性磚和2.6體密磷酸鹽耐磨磚，使用時(shí)間4-7年。當(dāng)然，耐火材料能使用出如此好的效果，與燒窯操作水平和正常熱工條件密不可分。

4、冷卻帶下料及耐火材料配置（窯頭罩豎式冷卻器）

位于爐體的下部，并向下延伸至出料口，殘余的碳酸鈣在此區(qū)域不再分解，該區(qū)域主要是利用石灰的熱量預(yù)熱空氣（400-500°），同時(shí)煅燒的石灰得到冷卻。各個(gè)區(qū)域的位置基本穩(wěn)定，但不能截然分開，他們會(huì)隨原料、燃料的條件發(fā)生變化，操作時(shí)必須是煅燒區(qū)域位于爐體的中部。

耐火材料的配置：冷卻器由下部往上使用二級(jí)高鋁磚砌筑，每1.8-2米用低水泥澆注料打一圈圈梁固定耐火磚，窯頭罩弧形頂部采用高鋁低水泥澆注料澆注。窯口出料口下面擋料墻由于受高溫輻射、氣體腐蝕等影響采用鋼纖維澆注料。整個(gè)窯頭罩和冷卻系統(tǒng)耐火材料使用5-7年。

回轉(zhuǎn)窯操作過程中，可調(diào)整參數(shù)主要有：燃煤用量、一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)量、窯轉(zhuǎn)速、推頭間隔時(shí)間、出料量、主引風(fēng)機(jī)等可變參數(shù)。把握好兩個(gè)平衡：用煤量和原料石灰石的平衡；用煤量和用風(fēng)量的平衡。在正常熱工條件下，控制好幾個(gè)主要參數(shù)，把握好兩個(gè)平衡，調(diào)節(jié)好燃燒器，就會(huì)燒出合格的灰來。