一、長效節(jié)能是內(nèi)襯耐火材料開發(fā)和創(chuàng)新的主題

　　上世紀90年代我國水泥工業(yè)飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝全面變革，淘汰舊的立窯生產(chǎn)方式，窯外分解干法生產(chǎn)線開始唱主角。回轉(zhuǎn)窯的主要內(nèi)襯材料多以鎂質(zhì)產(chǎn)品、磷酸鹽系列和抗剝落高鋁制品為主，使用壽命一般在6-8個月。進入二十一世紀，水泥工業(yè)做大做強成為發(fā)展主旋律，集團化經(jīng)營模式遍布全國。隨著回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展，內(nèi)襯材料也在不斷的變革中促進著窯齡延長，由半年周期增加到一年周期。目前，水泥回轉(zhuǎn)窯的前后過渡帶和分解帶，多數(shù)企業(yè)選用的是尖晶石磚和硅莫系列制品，基本上保證了窯齡的同步檢修和滿足一年一次的周期計劃。然而，如何在原有基礎(chǔ)上節(jié)能降耗，如何抑制堿性制品的超高熱導(dǎo)率和較差的熱震穩(wěn)定性，更好的保護筒體設(shè)備，進一步提高水泥企業(yè)的整體效益，已成為水泥行業(yè)增效節(jié)能的重要議題。

　　鄭州中本窯爐材料有限公司長期致力于回轉(zhuǎn)窯過渡帶“長效節(jié)能”產(chǎn)品的研制與開發(fā)。2012年推出的隔熱硅剛玉磚以嶄新的工藝和優(yōu)良的品質(zhì)成為大中型回轉(zhuǎn)窯過渡帶和分解帶的首選。它選擇黑剛玉和特級莫來石作為基礎(chǔ)材料，以碳化硅和鋯英石作為輔助材料，加入添加劑和復(fù)合結(jié)合劑以高壓成型，采用半還原氣氛高溫燒結(jié)的特殊工藝，使制品具有更高的耐磨性能和抗熱震性能，較之尖晶石磚和硅莫磚更具備長效節(jié)能的品質(zhì)和優(yōu)點。另外，隔熱硅剛玉磚在非工作面嵌入了一定厚度的高溫陶瓷纖維板，在保留足夠強度不影響使用壽命的基礎(chǔ)上使整體導(dǎo)熱系數(shù)大大降低，有效阻隔了熱量向筒體的大量傳遞。不但保護了筒體設(shè)備，還減輕了設(shè)備荷重，降低了煤耗，提高了熱能有效利用率。如圖所示：

　　二、隔熱硅剛玉磚與其它制品的理化性能特點分析與對比

　　1.耐磨、耐熱震、導(dǎo)熱性能均優(yōu)于尖晶石磚。

　　尖晶石磚做為改良的堿性材料，繼承了荷軟高、抗浸蝕性良好的堿性制品特點，相對提高了耐壓強度，但同時存在熱震差、導(dǎo)熱系數(shù)高和耐磨性能明顯不足的缺點。隔熱硅剛玉磚強度是尖晶石磚的1.5-2倍，熱震次數(shù)（水冷1100℃）是尖晶石磚的2-3倍（見附表），導(dǎo)熱率低于尖晶石磚1倍以上，優(yōu)良的物理指標從根本上改變了回轉(zhuǎn)窯在運行過程中的工況環(huán)境。

　　如圖所示：

　　首先，較高的耐壓強度是抵抗回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)應(yīng)力的重要因素。在開停窯過程中剪切力對制品影響巨大，極易將在高溫狀態(tài)下工作的內(nèi)襯制品擠壓致其斷裂甚至掉磚垮窯，造成企業(yè)停產(chǎn)修補的損失。同時，耐壓強度的高低也是評判耐磨性能好壞的重要因素，強度越高其耐磨性能越好。作為隔熱硅剛玉制品的主要材料--剛玉和碳化硅均屬于高耐磨材料，合成煅燒后的制品具有優(yōu)良的高耐磨性能，其磨蝕量遠低于堿性制品（按照國家標準《GB/T 18301-2001》檢驗隔熱硅剛玉制品的單位時間磨蝕量小于3.2cc）。

　　其次，優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性是隔熱硅剛玉磚的一大特點。隔熱硅剛玉磚在高溫下不易剝落和炸裂，較低的氣孔率不僅來自于制品自身的級配結(jié)構(gòu)，同時借助于制品在高溫下形成的釉面對顯氣孔的封閉，這種釉面不僅阻礙了有害氣體對制品的滲透和破壞，還在一定程度上增加了制品的韌性。觀察殘磚可以發(fā)現(xiàn)，尖晶石磚的有害滲透一般20mm，而隔熱硅剛玉磚的滲透不會超過5mm。也就是說，尖晶石磚每次剝落層厚一般在2-3cm，而隔熱硅剛玉磚不會一層一層的剝落，只會在平整的磨損中一點點減少制品高度。

　　減少熱損失方面，隔熱硅剛玉磚更具有不可替代的優(yōu)良品質(zhì)。堿性制品的熱導(dǎo)率高，在耐火制品中相對中性材料是十分明顯的，它是熱能損失的主要因素，也是導(dǎo)致紅窯造成回轉(zhuǎn)窯變形的主要原因。"長效節(jié)能"首先是保證熱能的使用效率，減少熱排放，阻隔熱流失，從而降低燃料消耗。隔熱硅剛玉磚不僅具備中性材料較低的熱傳導(dǎo)性能，高溫陶瓷纖維板在內(nèi)襯材料和筒體間形成斷熱層，其熱導(dǎo)率小于0.1w/m·k，是十分優(yōu)良的高溫隔熱材料，為節(jié)能降耗提供了重要保證。

　　另外，良好的體積穩(wěn)定性也是隔熱硅剛玉磚的顯著特點。堿性制品由于膨脹系數(shù)較大，在高溫下的熱應(yīng)力容易使制品相互擠壓造成炸頭剝落。隔熱硅剛玉磚的膨脹系數(shù)相對較小，高溫下由于體積穩(wěn)定而不降低使用強度，增強了抗沖刷和耐磨性能。

　　同時，密度適中也是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯選擇不可遺忘的條件。堿性制品與隔熱硅剛玉制品相比，其比重相差10%（尖晶石3.0，隔熱硅玉磚2.7）。也就是說同樣體積的內(nèi)襯，隔熱硅剛玉磚要比尖晶石磚減少10%的重量，也相對減輕了設(shè)備荷載。[Page]

　　2.與傳統(tǒng)復(fù)合磚相比，隔熱硅剛玉制品的使用壽命更長，更穩(wěn)定。

　　近年來，硅莫系列制品以良好的熱震穩(wěn)定性、耐磨性和強度大等特點普遍在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)使用，效果確實優(yōu)于其它制品。但隨著回轉(zhuǎn)窯內(nèi)徑的擴大和臺時產(chǎn)量的增加，對內(nèi)襯材料"長效節(jié)能"的需求更高。以Φ4.8*74m回轉(zhuǎn)窯為例，目前大部分企業(yè)將硅莫系列產(chǎn)品使用在30m甚至35m以后，而在22m－30m處則普遍被認為是最易損壞的部位，既無窯皮保護又有高溫沖刷和廢氣浸蝕的工況環(huán)境，要求內(nèi)襯制品具有更優(yōu)良的品質(zhì)做保證，硅剛玉磚于2010年在山東博山水泥公司回轉(zhuǎn)窯23m－32m處試用12個月，修窯時發(fā)現(xiàn)殘磚磨蝕平整，厚度在130m－150mm之間，其耐磨和抗沖刷性能優(yōu)良。

　　探索長效節(jié)能產(chǎn)品一直以來是耐材企業(yè)的追求，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯隔熱產(chǎn)品也曾相繼投放市場，從高鋁復(fù)合磚到磷酸鹽復(fù)合磚，甚至也推出過尖晶石復(fù)合磚，均由于保溫層的選擇困難或復(fù)合困難而失去市場。究其原因，一是產(chǎn)品強度對隔熱部分的支持不夠，二是保溫部分起不到預(yù)期的隔熱效果，也就是說長效和節(jié)能不能同步并舉。隔熱硅剛玉磚則不同，它以高強高耐磨性能維持"長效"，延長使用周期；又以最佳隔熱材料支持"節(jié)能"，做到了合二為一的實用效果。

　　隔熱硅剛玉磚與耐磨復(fù)合磚對比：

　　三、隔熱硅剛玉磚在回轉(zhuǎn)窯中的實際應(yīng)用

　　筒體掃描顯示，相同的工況環(huán)境下，隔熱硅剛玉磚與硅莫磚和尖晶石磚相比，筒體溫度可降低40-70℃，溫差波動范圍降低3倍以上，對保護筒體設(shè)備起到了良好的作用。

　　隔熱硅剛玉磚在推廣應(yīng)用過程中，公司技術(shù)人員進行了全程跟蹤服務(wù)。下面是威頓水泥集團公司三號線使用隔熱硅剛玉磚在不同階段的溫度掃描。

　　圖一．升溫階段

　　圖二．投料后24小時

　　圖三．正常生產(chǎn)一周后

　　過渡帶既是工況環(huán)境最惡劣的地方，也是筒體表面溫度的最高點。從工作人員現(xiàn)場拍攝的照片可見，使用隔熱硅剛玉磚的部位其溫度從始至終都是筒體的最低點，從過渡帶（使用隔熱硅剛玉磚）、分解帶（使用的硅莫紅磚）以及預(yù)熱帶（使用硅莫磚）在升溫和正常運行過程中的溫度變化對比可知：使用隔熱硅剛玉磚的部位筒體溫度從圖一的204℃到圖三的267℃共升高了63℃；而使用硅紅莫磚和硅莫磚的部位筒體溫度分別升高了99℃和89℃。為了更準確的測試隔熱硅剛玉磚的隔熱保溫功效，工作人員在使用隔熱硅剛玉磚、硅莫紅磚和硅莫磚的部位各取了20個溫度點并計算其平均值，對比發(fā)現(xiàn)，使用硅莫紅磚的部位上升了74℃，使用硅莫磚的部位上升了86℃，而使用隔熱硅剛玉磚的部位僅上升了33℃，比其它產(chǎn)品降低筒體溫度40℃以上。對比原始記錄中使用尖晶石磚的筒體溫度，更是降低了80℃以上，從圖一至圖三的分析可以看出，在正常運行中，使用硅莫紅磚和硅莫磚的部位溫度波動差分別是33℃和22℃左右，而使用隔熱硅剛玉磚的部位溫度差僅8℃，說明隔熱硅剛玉磚在降低筒體溫度的同時，也使筒體溫度波動很小，不僅起到了隔熱保溫、節(jié)能降耗的作用，還保證了設(shè)備長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

　　總述：隔熱硅剛玉制品使回轉(zhuǎn)窯壽命周期延長30%-50%，筒體溫度比硅莫制品降低30-50℃，比尖晶石磚降低50-80℃，讓回轉(zhuǎn)窯設(shè)備不再發(fā)生紅窯現(xiàn)象，同時減輕了設(shè)備荷載。

　　根據(jù)國家權(quán)威部門的資料和數(shù)據(jù)顯示：水泥回轉(zhuǎn)窯筒體每降低1℃，每公斤熟料將節(jié)約5.4KJ熱量（每公斤標煤約有7000大卡熱量，1大卡≈4.184千焦），通過計算可以得出，由尖晶石磚改為隔熱硅剛玉磚使用時（平均降低筒體溫度60℃計算），每噸熟料節(jié)約原煤11kg左右；由硅莫磚改為隔熱硅剛玉磚使用時（平均降低筒體溫度40℃計算），每噸熟料可節(jié)約7.37kg原煤。即每年（按300天計算）每條5000t/d生產(chǎn)線分別可節(jié)約標煤1.1萬噸和1.65萬噸，經(jīng)濟效益十分顯著。當然，這有賴于全線均采用"長效節(jié)能"制品，局部更換節(jié)能降耗效果會相應(yīng)減弱。

　　目前水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶內(nèi)襯壽命周期一般在8-12個月，而憑借隔熱硅剛玉磚高強度和高耐磨性能的支撐，加上對筒體溫度不再擔心，在前后過渡帶使用壽命將會延長到16-24個月，比其它制品將延長1.3-1.5倍壽命周期，對筒體的保護和設(shè)備正常平穩(wěn)運行的保障更是不可忽略。

　　隔熱硅剛玉磚系列產(chǎn)品的試用推廣，離不開廣大水泥企業(yè)尤其是新老客戶的大力支持和協(xié)作。目前，系列產(chǎn)品正在太原智海企業(yè)集團、山西威頓水泥企業(yè)集團、河南永安水泥公司等大中型水泥企業(yè)試用推廣中。我們堅信，隨著隔熱硅剛玉磚系列產(chǎn)品的不斷研發(fā)推廣，回轉(zhuǎn)窯“長效節(jié)能”的目標規(guī)劃一定會落到實處，使企業(yè)效益和社會綜合效益得到提升。

　　鄭州中本窯爐材料有限公司 研發(fā)部

　　技術(shù)顧問：韓明軍

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