鄭州威爾特耐材公司：白灰回轉窯生產流程及耐火材料的配置

 鄭州威爾特耐火材料有限公司

石灰產業(yè)在國民經濟中的有著重要的地位，石灰是國民經濟建設的重要基礎原材料，目前國內外尚無一種材料可以替代它的地位。隨著我國經濟的高速發(fā)展，石灰在國民經濟中的作用越來越大。作為國民經濟的重要基礎產業(yè)，石灰工業(yè)已經成為國民經濟社會發(fā)展水平和綜合實力的重要標志。改革開放以來，國內經濟建設規(guī)模不斷擴大，推動國內石灰行業(yè)快速發(fā)展。石灰產量的迅速增長，從數(shù)量上已經基本滿足我國大規(guī)模經濟建設的需要。

石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料，用石灰石、白云石、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經1200~1300℃煅燒而成。石灰作為一種廉價的堿性氧化物，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，都采用工藝先進的機械化立窯；工業(yè)用石灰由于對石灰的質量要求較高，多采用工藝先進的回轉窯、雙膛窯、套筒窯等。

“十二五”時期前兩年由于工業(yè)用石灰消費量增加角度，石灰的產量增幅較大，2012年石灰產量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。2020年中國石灰產量達3億噸，占世界總產量的70.75%。

我國石灰生產的規(guī)模年產能小于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，產能分散。石灰生產采用先進技術窯型的產能占比為28%;落后技術產能占比44%;落后技術產能占比較大，行業(yè)技術進步的空間較大。

由于鋼鐵、有色、化工、輕質碳酸鈣、環(huán)保產業(yè)等領域的快速發(fā)展帶動，我國工業(yè)石灰消費量增長迅速，已成為石灰應用的主要領域。石灰已經從傳統(tǒng)建筑材料應用為主轉為以工業(yè)基礎原料應用為主。建筑用石灰和工業(yè)用石灰比例由13:7變?yōu)?:13，產品結構發(fā)生了根性變化（其中中國粗鋼產量占全球粗鋼產量一半以上，鋼鐵產能達到12.6億噸，白灰行業(yè)有著很大的發(fā)展空間）。

經濟的發(fā)展帶動白灰行業(yè)進入新的征程。白灰行業(yè)異軍突起，目前生產白灰的窯型有：回轉窯、套筒窯、麥爾茲窯（雙膛窯）、梁式豎窯、立窯等。

隨著中國經濟的飛速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)回轉窯石灰具有反應速度快，氧化鈣含量高、雜質少，結構孔隙率高，表面積大，色白、焙燒度均勻的特點。一般叫高活性石灰，由于它的指標優(yōu)，應用廣泛等特點普遍受到生產企業(yè)的歡迎，成為現(xiàn)在國內石灰行業(yè)較先進的窯型，受到越來越多石灰人的認可，近幾年石灰回轉窯的建設突飛猛進，出現(xiàn)了從日產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、回轉窯窯型和產量及能耗

二、白灰回轉窯的原理及結構

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

高溫風機窯尾除塵、煤粉制備系統(tǒng)（煤氣、天然氣、石油焦）和動力系統(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)、出料破碎及運轉系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。

1、煅燒理論解述

根據(jù)爐內化學反應、物理反應，整個燃燒過程分為三個階段，既有爐頂自上而下分為預熱帶、煅燒帶、冷卻帶。SHAPE \* MERGEFORMAT

CaCO₃→CaO+CO₂↑

2、預熱器里預熱帶煅燒及重點耐火材料配置  

預熱帶位于爐頂?shù)纳喜?，在這個區(qū)域內，物料與回轉窯燃燒帶對流上來的熱量進行交換，使石灰石中的水分得到蒸發(fā)，石灰石初步受熱不產生龜裂，體積膨脹，極限抗壓強度得到下降。爐料逐步加熱到900°，進入煅燒帶。預熱器溫度一般在900-1100°。石灰石分解溫度在900°開始表層小分解，受轉窯高溫帶對流上來的熱量影響，石灰石在預熱器分解率達到30-35％，進入回轉窯高溫帶后，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，高溫下強度可以達到100兆帕以上。同時建議這種澆注料采用進口拉法基CA-71純鋁酸鈣水泥作為結合劑。由于分料倉每天有超過石灰產量2倍的石料自進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梁底，所以通風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，降低預熱器外圍溫度。整個預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

天圓地方是預熱器堆料平臺的下料口位置。下料口是一個耐高溫、耐氣體腐蝕、耐磨損、耐沖擊力的地方。所以采用強度高、密實度好的體密2.8噸/m3剛玉鋼纖維澆注料（澆注料結合劑采用進口拉法基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，有的采用耐壓強度達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）煙室和轉運溜槽   

轉運溜槽是從預熱器天圓地方落下的石料，落在溜槽里，然后下流到煙室，通過進料口進入回轉窯。溜槽的底部斜面的設計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，他們的轉窯溜槽底部斜板設計角度太大，存不住石料，砌筑在溜槽底部的耐火材料4個月就出現(xiàn)損壞和燒壞現(xiàn)象。如果將溜槽底板角度設計平緩的話，底部就可以存留一部分石料，在預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。有的設計院在此部位設計為碳化硅磚，價格在15000元/噸，需要3-5噸，由于設計的問題，增加了不少企業(yè)的投資成本。如果設計角度合適，就是普通的高鋁磚也能用5-7年。這一點山西長治乾源工貿和廣西華洋公司及廣西華燕公司設計的就比較好。

（5）煙室溫度900-1000°，下料口從預熱器沖擊下來的石料，通過煙室下料口進入回轉窯窯口處，通過回轉窯的傾斜旋轉，運行到回轉窯高溫帶煅燒。每天有超過白灰產量2倍的石料從此處進入回轉窯，沖擊進料口澆注料和回轉窯窯尾澆注料，澆注料損毀比較嚴重。澆注料要采用體密2.8的剛玉鋼纖維澆注料，強度高，耐磨性好。同時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（回轉窯本體）

位于爐體的中部，進入這個區(qū)域，有鼓風機進入適量的空氣助燃，燃料開始燃燒，并釋放出大量的熱量，溫度逐步提高到1250°-1350°。在預熱器經過預熱和表面分解的石灰石進入回轉窯煅燒帶，隨著溫度的升高，石灰石從表層分解轉入到顆粒內部分解。碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳CaCO₃=CO+CO_2，放出的氣體進入預熱器預熱，石灰石的分解速度與煅燒區(qū)的溫度產生的二氧化碳氣體被帶走的速度有關，同時也與燃料比，進入的空氣有關。分解反應速度與通過燒成帶時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：回轉窯分為三部分煅燒帶（18-20米）、過渡帶(10-15米)、預熱帶。由于白灰燒結溫度在1200-1350°，所配置的耐火磚具備耐高溫、耐磨、耐腐蝕、對機械窯體有抗沖擊力等特點。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窯過渡帶和預熱帶使用2.75體密的特種磷酸鹽改性磚和2.6體密磷酸鹽耐磨磚，使用時間4-7年。當然，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熱空氣（400-500°），同時煅燒的石灰得到冷卻。各個區(qū)域的位置基本穩(wěn)定，但不能截然分開，他們會隨原料、燃料的條件發(fā)生變化，操作時必須是煅燒區(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。整個窯頭罩和冷卻系統(tǒng)耐火材料使用5-7年。

回轉窯操作過程中，可調整參數(shù)主要有：燃煤用量、一次風、二次風風量、窯轉速、推頭間隔時間、出料量、主引風機等可變參數(shù)。把握好兩個平衡：用煤量和原料石灰石的平衡；用煤量和用風量的平衡。在正常熱工條件下，控制好幾個主要參數(shù)，把握好兩個平衡，調節(jié)好燃燒器，就會燒出合格的灰來。