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河南宏泰窯爐耐火材料有限公司

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耐火知識
編輯:admin   分類(lèi):耐火知識   發(fā)布:2021-08-30 15:30:34   瀏覽:次

近年來(lái),國內大型帶式焙燒機球團焙燒工藝快速發(fā)展,隨著(zhù)首鋼400萬(wàn)t及包鋼500萬(wàn)t帶式焙燒機投產(chǎn),2017年帶式焙燒機球團產(chǎn)量占比達20%左右。2019年5月,首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司二期球團工程3#線(xiàn)400萬(wàn)t/a項目工程點(diǎn)火成功。2019年福建三鋼閩光股份有限公司200萬(wàn)t球團項目、2020年防城港400萬(wàn)t球團項目、河鋼樂(lè )亭480萬(wàn)t球團項目等工程均采用帶式焙燒工藝。我國在大型裝備走向國際,積極參與一帶一路建設中,為伊朗、阿爾及利亞等國建設的球團生產(chǎn)線(xiàn)也采用大型球團焙燒機工藝,取得了良好的經(jīng)濟效果和社會(huì )效益。大型帶式焙燒機是近年來(lái)剛剛興起的一種熱工設備,帶式焙燒球團技術(shù)未來(lái)會(huì )有很好的發(fā)展前景。
大型球團帶式焙燒機是動(dòng)態(tài)的高溫設備,關(guān)鍵設備包括焙燒系統、熱風(fēng)系統、燃燒系統。設備結構復雜,工況差異大,影響耐火材料應用效果的因素多,對耐火材料性能、結構設計及施工均有較高的要求,耐火材料的結構設計、材料配置及砌筑施工質(zhì)量,是確保裝備高效運行的關(guān)鍵因素。耐火材料設計需要遵循長(cháng)壽化、均衡化、節能化及功能化的設計思想,綜合解決大型帶式焙燒關(guān)鍵部位用耐火材料應用中存在的問(wèn)題,使各個(gè)部位耐火材料內襯使用壽命均衡,減少停機檢修次數,有效延長(cháng)使用壽命,提高生產(chǎn)作業(yè)率,降低能源消耗,提高資源綜合效率。
01新型耐火材料的應用
大型球團帶式焙燒機焙燒工藝包括干燥、預熱、焙燒、均熱、冷卻等過(guò)程,各工藝過(guò)程均在帶式焙燒機主體設備上完成。主體設備不同部位對耐火材料性能要求差異比較大,必須根據工況條件,開(kāi)發(fā)長(cháng)壽化、功能化、節能化的新型耐火功能材料以實(shí)現設備均衡、長(cháng)壽、高效、節能、環(huán)保運行。
1.1 燃燒室用耐火磚
燃燒室內溫度高達1500℃,燃燒室內氣流沖刷該裝備燃燒系統采用重油、天然氣和高熱值煤氣,大、溫度波動(dòng)頻繁。目前,燃燒室耐火磚主要采用剛玉莫來(lái)石磚,該耐火磚以剛玉和莫來(lái)石為主要原料,需要在1650-1750℃的溫度下高溫燒成,該工藝生產(chǎn)的剛玉莫來(lái)石磚主要適用于高爐陶瓷杯、熔融氣化爐及炭黑爐,應用在帶式燒結機燃燒室在使用過(guò)程中存在剝落現象,對燃燒室使用壽命有很大的影響。而且高溫燒成工藝生產(chǎn)周期長(cháng)、能耗大、成本高,制品抗熱振穩定性低,顯氣孔率高。
針對燃燒室氣流速度大、溫度高及溫度波動(dòng)大的工況條件,該部位耐火材料要求具有較好的熱振穩定性、耐磨性及較高的強度,并且是具備抗剝落功能的新型耐火材料。燃燒室用耐火磚采用板狀剛玉、電熔莫來(lái)石等高純原料及優(yōu)質(zhì)合成原料,采用高效分散技術(shù)和納米燒結技術(shù),調控材料相組成和顯微結構,優(yōu)化材料的高溫性能,具備抗沖刷、耐侵蝕、不剝落,使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)氣1.2 高性能錨固磚
大型球團帶式焙燒機預熱段、焙燒段及均熱段頂部及側墻耐火材料內襯均需要高性能錨固磚,以便更好地連接、固定在主體設備上,其性能和質(zhì)量是耐火材料內襯使用壽命的關(guān)鍵。主要有爐墻錨固磚、爐頂錨固磚,錨固磚技術(shù)要求強度高、熱振穩定性好,一般用黏土熟料或三級磯土熟料做原料,經(jīng)高溫燒制而成。目前,帶式焙燒機朝著(zhù)大型化、長(cháng)壽化的趨勢發(fā)展,對其耐火材料內襯提出了更高的要求,錨固磚作為其重要構成部分,其性能更為關(guān)鍵。特別是預熱段頂部采用整體錨固磚組合爐頂結構,要求錨固磚必須具備強度高、抗沖刷、抗剝落、低蠕變等特征,能夠在1500Y以上的工況溫度下長(cháng)期使用。為提升傳統錨固磚性能,改善其應用效果實(shí)現長(cháng)壽化、功能化的目的,錨固磚骨料采用高純莫來(lái)石骨料、精選高鋁骨料、紅柱石骨料,基質(zhì)釆用硅線(xiàn)石細粉、高純高鋁細粉,并采用高活性黏土細粉經(jīng)高溫陶瓷燒結。該錨固磚采用機壓成型工藝,選用高純原料,經(jīng)過(guò)高壓成型、高溫燒結,蠕變率低、抗剝落、耐沖刷性能好,滿(mǎn)足了復雜的工況條件,有效地延長(cháng)了使用壽命。
1.3 高強度、低反彈噴涂料
帶式焙燒機大煙道、干燥段上罩及冷卻段上罩由于面積大、施工難度高及節能化要求一般采用輕質(zhì)耐火噴涂料噴涂(見(jiàn)圖1)。輕質(zhì)噴涂料主要原料為黏土熟料、陶粒和珍珠巖等,體積密度一般低于1.8g/cm?雖然具有良好的隔熱性能,但是其強度、耐磨性與重質(zhì)噴涂料相比仍然較低,限制了其應用范圍,而且輕質(zhì)噴涂料施工時(shí)反彈率比較高,可達30%,損耗較大。因此需提高輕質(zhì)噴涂料的強度,降低施工反彈率以適應大型帶式球團焙燒機的工況條件。
為提高輕質(zhì)耐火噴涂料的強度和耐磨性,降低噴涂料反彈率,預先按照配比配制復合結合劑,該復合結合劑最優(yōu)用量加入,凝固時(shí)間快,強度發(fā)展好,粘附性及燒結性好。該結合劑用于噴涂料強度高、施工性能好、反彈率低。通過(guò)對復合結合劑與焦寶石、輕質(zhì)骨料的配比優(yōu)化,通過(guò)降低骨料臨界粒度,通過(guò)臥式球磨機、行星攪拌機三步混合提高均勻性、活性等措施進(jìn)一步提高強度,降低反彈率。施工時(shí),正確地調整噴涂設備的角度、距離和線(xiàn)速度,也是克服回彈現象、降低反彈率的有效途徑。
1.4 抗剝落澆注料
帶式焙燒機預熱段、焙燒段及均熱段側墻設計采用輕質(zhì)保溫材料與澆注料整體澆注結構。由于階段性停機升降溫及工藝溫度波動(dòng)均要求澆注料具備良好的熱振穩定性和抗剝落功能。傳統的高鋁質(zhì)澆注料和剛玉質(zhì)澆注料在高溫物料的動(dòng)態(tài)作用下和急冷急熱的破壞下,會(huì )發(fā)生大面積剝落,影響了設備的運行狀況,維修頻繁,生產(chǎn)成本增加。
抗剝落澆注料基質(zhì)主晶相為莫來(lái)石相,在使用過(guò)程中各溫度條件下新的莫來(lái)石相仍能不斷地原位生成,進(jìn)一步提高了材料的熱振穩定性和高溫性能,新形成的針狀莫來(lái)石穿插于基質(zhì)的莫來(lái)石相中,把骨料和基質(zhì)緊密結合在一起,使該材料強度高,抗剝落性好叫抗剝落澆注料解決了耐火材料剝落的技術(shù)難題,延長(cháng)了內襯的使用壽命,減少了維修次數,降低了生產(chǎn)成本。
02綜合砌筑設計與優(yōu)化
耐火材料結構設計必須綜合考慮材料性能、節能需要、壽命要求、施工可行及結構應力等方面的因素,形成科學(xué)、可行的結構設計方案。綜合砌筑結構能夠充分發(fā)揮材料性能,實(shí)現設備節能化、長(cháng)壽化、均衡化的高效運行,滿(mǎn)足運行工況的要求,實(shí)現延長(cháng)使用壽命的目的。
2.1 燃燒室新型砌筑結構
燃燒室內溫度高,溫度波動(dòng)大,氣流速度高,不僅對耐火材料性能要求高,而且要求結構設計科學(xué),應力分布均勻,綜合隔熱性能好,燃燒室設備外壁溫度不超過(guò)120設計采用多層復合梯度隔熱技術(shù),工作層根據熱應力分布設計組合磚砌筑結構(見(jiàn)圖2),不僅提高了能源利用效率,同時(shí)組合磚砌筑結構消除了燃燒室的結構應力及熱應力,有效提高了燃燒室的整體使用壽命。
2.2 頂部吊掛結構
傳統的頂部設計一般采用澆注料整體澆注結構,但是由于現場(chǎng)施工質(zhì)量、烘烤溫度等問(wèn)題,澆注料的性能很難充分發(fā)揮。帶式焙燒機焙燒段溫度高,存在氣流沖刷,頂部設計為吊掛磚整體吊掛組合砌筑爐頂結構(見(jiàn)圖3)。吊掛磚采用低蠕變、抗剝落吊掛磚,耐高溫,強度大。該結構安裝快捷、方便、安全,能有效消除結構應力,并能克服傳統整體澆注施工質(zhì)量不佳或烘爐局限導致的耐火材料壽命低的技術(shù)問(wèn)題,解決了頂部開(kāi)裂、剝落的技術(shù)難題,隔熱性能好,節約能耗。
2.3 耐火材料錨固結構
帶式焙燒機全系統各種錨固釘數量大約50多萬(wàn)個(gè),錨固釘主要起到增強、錨固性作用,必須能夠將耐火材料固定在主體設備上,同時(shí)抵抗熱應力、機械應力的作用,不能引起耐火材料的剝落。通過(guò)熱力學(xué)、應變力學(xué)、高溫力學(xué)多角度研究,設計科學(xué)、應力分布合理、制作方便、安裝快捷、錨固牢固。帶式焙燒機不同部位的溫度和氣氛不同,必須根據工況條件和砌筑結構采用不同材質(zhì)、形狀及布置,為保證應用效果錨固釘主要采用Cr25Ni20和lCrl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì),不銹鋼錨固釘占比達60%以上。傳統設計大部分錨固釘采用焊接組合,須兩次焊接施工,焊接T型錨固釘固定保溫層,然后將V型錨固釘焊接在T型錨固釘上固定工作層。錨固釘數量多,制作難度大,現場(chǎng)焊接工作量大,費用高。本文采用專(zhuān)利技術(shù)的耐火材料內襯錨固釘(專(zhuān)利號:201220257571.X),該錨固釘制作簡(jiǎn)單,現場(chǎng)焊接工作量小,施工快捷,降低50%的現場(chǎng)焊接工作量,而且固定各種厚度的保溫纖維制品效果好,用于噴涂?jì)纫r時(shí)并能降低施工反彈率。
2.4 無(wú)水冷隔墻結構
帶式燒結機為實(shí)現高溫加工所需要的工藝溫度,需要用隔墻對內部空間進(jìn)行分割,由于內部溫度高,隔墻一般采用耐火澆注料或者耐火磚等耐火材料砌筑,內部或底部用金屬材料制作水冷冷卻通道支撐隔墻,冷卻通道在高溫和耐火材料重力雙重作用下,容易出現變形、漏水及倒塌問(wèn)題。而且需要設置水冷系統,水冷系統需要冷卻塔、泵送系統及冷卻泵等配套設施,增加了投資費用和運行成本。無(wú)水冷隔墻用耐火磚及其砌筑結構見(jiàn)圖4。該耐火磚耐高溫,能夠實(shí)現相互鎖定,吊裝砌筑,不需要水冷、風(fēng)冷系統,避免了變形、漏水及倒塌問(wèn)題,降低了投資費用和運行成本。
03耐火材料施工和烘爐
在大型球團帶式焙燒機耐火材料設計時(shí),一方面要考慮工況條件和耐火材料的性能,還必須對耐火材料的施工給予充分的重視,合理、科學(xué)組織施工,確保施工質(zhì)量和烘爐質(zhì)量。對耐火材料的施工用水、加水量、儲存條件、保存期、環(huán)境溫度、模板安裝、攪拌、運輸、振動(dòng)等方面必須制定明確的標準和要求。施工過(guò)程中用到攪拌機、噴涂機、空壓機及電焊機等設備,施工設備的類(lèi)型及性能也是保證施工質(zhì)量的重要因素,必須根據選用的耐火材料施工性能和現場(chǎng)環(huán)境條件對設備進(jìn)行選型和配備。攪拌機要選用強制式攪拌機,空壓機要選擇螺桿空氣壓縮機,焊接要配備紅外線(xiàn)烘烤設備,以良好的裝備保證施工的質(zhì)量。
不定形耐火材料設計在大型球團帶式焙燒機耐火材料中占比超過(guò)70%,為保證帶式焙燒機耐火材料內襯使用壽命,烘爐工藝及烘爐溫度對使用壽命至關(guān)重要,必須根據材料性能特點(diǎn)、耐火材料砌筑結構設計、制定科學(xué)的烘爐方案。不定形耐火材料是由耐火骨料、結合劑或外加劑以一定的比例組合的混合料,現場(chǎng)加水攪拌、振搗施工。施工完畢后未經(jīng)烘爐,外加劑中的鹽會(huì )析出,水泥中的氧化鈣成分在潮濕環(huán)境中與空氣中的二氧化碳發(fā)生酸堿反應,會(huì )在澆注表面析出碳酸鹽,外觀(guān)上會(huì )起“白毛”。表面疏松,內在的強度也會(huì )降低,嚴重的會(huì )有裂紋產(chǎn)生,直接影響耐火材料的高溫性能和使用壽命。
因此,耐火材料襯體施工完畢后一般20d內對耐火材料襯體及時(shí)進(jìn)行烘烤,冬季7d內及時(shí)進(jìn)行烘爐,并采取保溫、防凍措施。烘爐時(shí),嚴格按照烘爐工藝及烘爐曲線(xiàn)進(jìn)行烘爐,在600℃之前應該緩慢升溫和保溫,以便襯體中的水分充分排出,烘爐燃燒器禁止直接對準耐火材料砌體進(jìn)行烘烤,要避免局部過(guò)熱造成耐火材料的開(kāi)裂、剝落。
04結 語(yǔ)
針對大型球團帶式焙燒機不同部位的使用條件,通過(guò)高性能耐火磚,高強度、低反彈噴涂料,抗熱振、抗剝落剛玉莫來(lái)石澆注料等新型耐火材料的應用,并對燃燒室結構、頂部整體吊掛結構、耐火材料錨固結構及無(wú)水冷隔墻結構等耐火材料結構進(jìn)行設計與優(yōu)化,加強耐火材料施工設計與烘爐管理,綜合解決大型球團帶式焙燒機關(guān)鍵部位和易損部位耐火材料應用技術(shù)難題,使耐火材料內襯使用壽命均衡、同步,減少停機檢修次數,有效延長(cháng)使用壽命,提高作業(yè)率,降低能源消耗,提高資源綜合效率,達到良好的技術(shù)效果和社會(huì )效益。
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