第３９卷第１期 ２０１４年２月 耐火与石灰 ・７・ 活性石灰回转窑内衬复合砖的研制与应用 张洪雷 王 悦 季佳善 黄必进 徐国涛 （１．武钢研究院，武汉４３００８０；２．武钢矿业公司乌龙泉矿，武汉４３０２１３） 摘 要：针对活性石灰回转窑在运行中存在内衬砖使用寿命短、隔热效果不好导致炉壳过热的问题，开展了回转 窑内衬耐火材料的研究。通过破损调查和配方试验，研制了耐高温工作层与保温层一体成型的复合结构预制砖，使 回转窑内衬的使用寿命提高到２年以上，降低炉壳表面温度５０￣Ｃ以上。 关键词：活性石灰；回转窑；复合砖 中图分类号：ＴＱ１７２．６２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—７７９２（２０１４）０１—０００７—０４ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｃｋｓ ｆｏｒ ｌｉｎｉｎｇ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｌｉｍｅ ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ Ｚｈａｎｇ Ｈｏｎｇｌｅｉ Ｗａｎｇ Ｙｕｅ”ｊｉ Ｊｉａｓｈａｎ Ｈｕａｎｇ Ｂｉｊｉｎ Ｘｕ Ｇｕｏｔａｏ （１．Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ ４３００８０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｕｌｏｎｇｑｕａｎ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３０２１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｌｉｎｉｎｇ ｂｒｉｃｋｓ ａｎｄ ｏｖｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ ｆｕｒ— ｎａｃｅ ｓｈｅｌｌ ｄｕｅ ｔｏ ｐｏｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｎｉｎｇ ｂｒｉｃｋｓ，ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄａｍａｇｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ，ｗｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｅｒｃａｓｔ ｂｒｉｃｋ ｗｉｔｈ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｍｏｎｏｌｉｔｈ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｂｙ ｏｖｅｒ ｔｗｏ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｈｅｌｌ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５０￣Ｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｃｔｉｖｅ ｌｉｍｅ；Ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｃｋｓ １ 前言 活性石灰是炼钢生产工艺中重要的辅助原料， 其产量及质量的稳定对炼钢保产有直接的影响。回 武钢某回转窑直径４．２ｍ，长度５８ｍ，炉衬材料 曾采用镁铬砖、镁尖晶石砖、高铝砖等。其烧成带耐 火砖平均使用寿命不到８个月，检修更换周期频繁， 耐材成本消耗较大；而且回转窑表面温度过高（达 到３２０～３５０℃），超过设计规范（≤２８０℃），使运行 的能耗增加，造成能源浪费，对机械设备也存在较大 的安全隐患。停炉后进入窑内发现：烧成带耐火砖 侵蚀最为严重，表面有明显的径向裂痕。拆除时发 现耐火砖出现轴向断裂和径向断裂，出现砖体脱落 和“抽签”的情况，局部砖层厚度侵蚀掉２／３以上， 转窑具有产量大、煅烧均匀、杂质少、产品活性大等 特点，已广泛应用于活性石灰的生产。但是回转窑 内衬耐火砖（特别是烧成带等高温部位）使用寿命 短、散热严重等问题一直困扰着相关生产企业。因 此，如何提高活性石灰回转窑内衬的使用寿命及保 温效果，降低能耗及生产成本是相关企业所急需解 决的问题。本文通过破损调查、配方研究，对回转窑 结圈物也集中在该部位；砖与砖之间接缝处的侵蚀 较为严重。如图１和图２所示。 内衬耐火材料的长寿及节能降耗技术进行了探索。 ２ 破损调查 收稿日期：２０１３—０６—１５ 对回转窑内耐火砖的残砖进行了取样和分析。 图３是烧成带带有结圈反应层的耐火砖残砖结构，原 作者简介：张洪雷（１９８１一），男，高级工程师 第３９卷第１期 ２０１４年２月 耐火与石灰 ・９・ 复合砖工作层材质以均化矾土为主要骨料，增 加材料的致密度和耐磨损性能。为了保持回转窑在 旋转运行中耐火砖与窑壳之间贴合紧密，减少耐火 砖高温烧成后因体积收缩产生与炉壳之间的松动和 相对滑移，内衬耐火砖在高温下的体积变化应该具 有适当的膨胀量，这需要在配方中加入适量的膨胀 剂，选用优质红柱石作为微膨胀剂。利用红柱石在 加热中产生不可逆的晶体转化，转化成莫来石结构， 并产生一定的体积膨胀。因红柱石耐热震性好，机 械强度大，抗渣性强，荷重软化点高，并具有较高的 化学稳定性和抗化学腐蚀性，可以提高复合砖的高 温性能。 试验时，将微膨胀剂分别以１ａ％～５ａ％（ａ为常 量）的配比加入到预制砖配方中。按照ＧＢ／Ｔ ５０７２．２ —２００８、ＧＢ／Ｔ ２９９７—２０００、ＧＢ／Ｔ ５９８８—２００７，分另Ⅱ对 机压成型后试样的耐压强度、体积密度和重烧线变 化率进行了检测，结果分析如图５和图６所示。 图５微膨胀剂加入量对耐压强度的影响 曼 骺 兰 图６微膨胀剂加入量对体积密度的影响 从图５和图６可以看出，随着配方中微膨胀剂 加入量的增加，砖的耐压强度随之提高，但加入超过 ２ａ％后强度有下降的趋势；试样的体积密度随着微 膨胀剂加入量的增加而增加。加入过多使试样的体 积密度下降。 Ｂｄ 、 喂蚓蓓 从图７可以看出，试样的重烧线变化率随着微 膨胀剂加入量的增加而显著增加。 图７ 微膨胀剂加入量对工作层重烧线变化率的影响 微膨胀剂的加入量需要根据配方中的主要原料 以及耐火砖使用的工作环境来综合考虑。加入过 少，砖体会有残余收缩，影响炉衬的整体强度和使用 寿命；加入过多，则会造成耐火砖在使用中的过量膨 胀，更易造成炉衬的损坏。从实验结果来看，配方中 红柱石加入量在２ａ％左右时，复合砖的性能较好。 ３．２ 复合砖保温层保温性能的研究 保温材料要求较好的保温效果和较低的体积密 度，在配方中采用密度较低的耐火骨料，同时加入一 定量的轻质多孔材料，达到提高材料隔热的效果。 分别比较了膨胀珍珠岩、蛭石、氧化铝空心球的使用 效果。实验结果显示：加入氧化铝空心球的配方，可 以保证材料有较高的耐高温强度和稳定的体积变化 率；选用珍珠岩和蛭石对提高材料的隔热保温性能 效果更好。综合考虑强度、耐高温性和隔热性能，采 用了以空心球为主，加入适量的膨胀珍珠岩的方案。 试验时，将氧化铝空心球、膨胀珍珠岩分别按质 量以１：１、２：１、３：１、４：１、５：１的比例复合作为保温 材料加入到配方中，进行性能试验，结果分析如图８ 和图９所示。 图８保温材质配比对耐压强度的影响 ｌ（）・ ＲＥＦＲＡＣＴ０ＲＩＥＳ＆ＬＩＭＥ Ｆｅｂ．２Ｏ１４ ・图９保温材质配比对体积密度的影响 图１０保温材质配比对导热系数的影响 从Ｉ纠９¨丁以看出，随着配 中氧化销宅心球加 入 的增』Ｊｕ，试样的烘１二及烧后强度有增高的趋势， 除ｒ １以外，其他配方的强度相差不是太大。 随肴 ‘『｝１氧化铝 心球加入量的增加，试样的体 秘密度逐渐增高 从 ｌ０¨丁以看出，随着配方中氧化铝空心球加 入 的增加，试样的导热系数逐渐增高。 氰化乍｝｛ 心球密度相对较高，强度较大，高温下 强 稳定、 轻质膨胀珍珠岩强度低，密度低。随着 氧化钒 心球加入量的增加，试样的耐压强度和体 秋密发棚 增加，仇和珍珠岩的加入比例大于２：１ 后，强度提高的幅度不大 氧化铝空心球高温下体 稳定 珍珠岩存高温下体积膨胀率较大，会产生 大 的孔洲，【】『以提高保温隔热的效果。所以随着 氧化针１ 心球『Ｊ【ｌ入吊的增加，珍珠岩加入量的减少， 试样的 孔率 著降低，导热系数增加，材料的隔热 保 性能随之降低。 结合物 性能、导热性能及成本方面的综合考 虑，、 １氰化 心球、膨胀珍珠岩按质量以２：１的比 例作为上螫保温材料添加时，保温材料的强度指标 币ｆＪ保温性能指标较为均衡，可以满足回转窑内衬复 合他保温层使川的要求 ４ 应用 Ｖ【】Ｉ．３９ ＮＩ 工、 化生产的复合砖的理化性能指标列于 ｌ 表１ 复合砖性能指标 研制的复合砖进行了应用。在Ｉ山转窑运子『时温 度最高的烧成带部位砌筑使用丫４０ｔ复合砖 ．｝璺Ｊ】】 为回转窑底部与窑身部位复合砖的砌筑施 。由于 不用再砌筑多层炉衬，大大缩短了施 佶Ｊ期，也减小 了施工的难度，便于施工质量的控制。 图ｌｌ复合砖的砌筑 回转窑恢复生产后，砌筑复合砖部位简体外表 面温度由之前的３２０～３５０￣Ｃ降低为２６０～２７０ ，减 少的简体散热损失经折算口『降低能耗５．０３％ 恢 回转窑已连续运行２４个月，炉壳表面温度稳定，炉 衬内壁情况良好，没有出现明显破损及过量结 ． ５ 结论 １）一体成型的复合砖结构町以存有限的砖体 厚度内满足耐高温、耐侵蚀以及保温隔热的性能要 求，可有效提高回转窑内衬的使用寿命并减少炉壳 散热损失，降低回转窑的运行成本 ２）采用膨胀剂叮使复合砖烧后体积变化率为 可控制的微膨胀，提高了内衬＿ｆ．ｊ炉壳的贴合紧街 度，减小了两者之问相对运动对炉衬的损坏． ．３）将氧化铝空心球与珍珠岩复合加人剑复合 砖保温层中，提高了保温材料的结构强度，也保证＿ｒ 材料的隔热效果。 王晓阳编辑
