CN107935574A

CN107935574A - 水泥窑筒体成套低导热内衬

Info

Publication number: CN107935574A
Application number: CN201710981786.3A
Authority: CN
Inventors: 陈俊红; 贾元平; 封吉圣; 赵维平; 朱波; 郭玉涛; 唐竹兴
Original assignee: SHANDONG REFRACTORY ENGINEERING RESEARCH CENTER; SHANDONG SHENGCHUAN CERAMICS CO Ltd; Zibo Luzhong Refractory Co Ltd
Current assignee: SHANDONG REFRACTORY ENGINEERING RESEARCH CENTER; SHANDONG SHENGCHUAN CERAMICS CO Ltd; Zibo Luzhong Refractory Co Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN107935574B

Abstract

本发明涉及一种水泥窑筒体成套低导热内衬，属于耐火材料应用技术领域。本发明依次包括下过渡带、烧成带、上过渡带、预热带和分解带，下过渡带和上过渡带均使用低导热镁铝尖晶石砖砌筑，低导热镁铝尖晶石砖的工作层为高纯镁铝尖晶石砖，隔热层为镁铁复合橄榄石砖；烧成带使用镁铁铝尖晶石砖砌筑；预热带和分解带使用低导热抗剥落砖砌筑；所述的低导热抗剥落砖是以合成的低导热耐碱原料、α氧化铝微粉、红柱石和结合粘土为原料，混合制成混合粉体，然后向混合粉体中加入结合剂，压制成型，干燥，烧成。本发明采用的低导热材料导热系数、热膨胀系数低，强度高，抗化学侵蚀性强，使用寿命大幅度提高，节能效果显著。

Description

水泥窑筒体成套低导热内衬

技术领域

本发明涉及一种水泥窑筒体成套低导热内衬，属于耐火材料应用技术领域。

背景技术

半个多世纪以来，世界水泥总产量已从1950年的1.3亿吨增加到了2015年的41.8亿吨，水泥工业所需的耐火材料年消耗量也达到近350万吨，其中碱性耐火材料年消耗约140万吨。

20世纪以来水泥工业有两次重大的技术突破，第一次是回转窑在世纪初得到全面推广，第二次是预分解技术的出现，这不仅大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的发展，也相应促进了与之相配套的耐火材料行业的发展。上世纪初至50年代是以粘土、高铝质耐火材料来满足以湿法窑为主的传统回转窑的生产和发展，50年代以后，在对上述材料的性能进一步完善和提高的基础上，陆续出现了镁质耐火材料来适应悬浮预热、预分解窑技术的发展要求，并随预分解窑技术进展而不断改进提高。

关于能耗方面，目前水泥生产热耗主要包括以下几个方面，一是水泥熟料反应热，此部分热耗对某一特定生产线而言相对固定，约占总热耗的50％以上；二是外排废气带走热，约占总热耗的30～35％；三是全系统散热损失，这部分包括预热器、回转窑、三次风管、篦冷机及窑头罩等，约占总热耗的8～12％；四是熟料、收尘灰带走热。现由于绝大多数新型干法水泥窑都已配套建设了余热发电系统，废气余热已得到了较为充分的利用，因此系统的散热损失大小对热耗的降低就显得尤为重要；目前预分解窑的预热器、分解炉系统、三次风管系统、回转窑，窑门罩和篦冷机等装备外表面散热面积都较大，如一条5000t/d水泥熟料生产线的静态热工设备总表面积约为11618m²，单位熟料散热损失约120～150kJ/kg，回转窑散热面积约为1086m²，单位熟料散热损失约为105～130kJ/kg，二项合计约达到250kJ/kg。目前水泥熟料热耗国际先进水平约为2842kJ/kg，而国内先进水平为2970kJ/kg，差距中很大一部分是由整体配置耐火材料产品性能不合理造成的。若能将整体配套耐火材料的导热系数进一步降低，总的散热损失也将大幅降低。

据《海南某厂5000t/d熟料1#生产线系统标定报告》，窑体系统散热损失中比重最大的是回转窑，其表面散热损失约占系统热损失的43.7％，占比很大。因此，回转窑窑衬材料的节能是减少系统散热损失的关键。

2013年8月27日，国家发改委发布《关于加大工作力度确保实现2013年节能减排目标任务的通知》，要求“以节能减排倒逼产业转型和发展方式加快转变，下更大决心，用更大气力，采取更加有力的政策措施，确保2013年全国单位国内生产总值能耗下降3.7％以上。”

中国建筑材料联合会提出“加快第二代新型干法水泥技术创新和研发”，明确了“优化与提升高能效预热预分解和烧成技术，提高产品质量和降低能耗，使我国新型干法水泥的技术达到世界领先水平”的中心指导思想，要求水泥熟料热耗达到2680kJ/kg-cl，通过实施耐火材料性能改进，降低散热损失，熟料热耗降低20kJ/kg-cl。

关于环保方面，目前国内外对水泥生产减排的要求越来越严格，一是粉尘排放标准值越来越高，致使含有较多有害物的细颗粒收尘灰量增加，由此增大了烧成系统有害物循环对耐火衬料的化学侵蚀；二是加大了对尾气NOx排放的限制，提高了排放标准，这就需要对烧成系统燃料的燃烧条件进行调控，这也对相应部位的耐火材料提出了新的要求。三是随着固废处理，RDF的使用，窑料对窑衬材料的侵蚀会加剧。此外，水泥生产及使用过程中铬污染的问题由来已久，欧盟因此限定水泥中六价铬含量小于2ppm，而目前我国水泥中的六价铬含量一般都高于10ppm。这不仅意味着含铬的工业废渣不能用作水泥原料，镁铬砖和含铬的耐火及耐温材料在水泥窑系统也应限制使用。

国家水泥质量监督检验中心从2006年立项，历经9年于2015年9月11日发布，GB31893－2015《水泥中水溶性铬(VI)的限量及测定方法》，该标准于2016年10月1日起正式实施。作为国家强制性标准，该标准首次对我国水泥产品中水溶性六价铬含量做出限定，限定值为≤10mg/kg。而欧盟在2003年6月18日就通过了一项指令(Directive2003/53/EC)，对含有较高水溶性六价铬的水泥及水泥制品的出售和使用作了严格规定，禁止市场上销售和使用水溶性六价铬含量超过0.0002％的水泥及水泥产品，该指令于2005年1月17日生效。

因此作为水泥生产用耐火材料来讲，迫切需要进行材料的更新换代，以新材料新产品来适应水泥生产节能环保的新要求。在材料选择、结构设计等方面进行综合性研究，降低材料导热率，减少热耗，实现水泥行业的节能降耗；改进材料的抗侵蚀性能，以无铬新材料替代含铬耐材实现水泥生产无铬化，这不但是二代水泥技术的需要，也是水泥窑用耐火材料整体配套发展的必然趋势。

我国水泥窑常用耐火材料主要有抗剥落高铝砖、硅莫砖、硅莫红砖、镁铝尖晶石砖、镁铁铝尖晶石砖、镁铁尖晶石砖和直接结合镁铬砖等，各企业因生产工艺及操作习惯不同而可能有所差异，但是基本上相差不大。其整体配置基本为：分解预热带用抗剥落高铝砖/硅莫砖、过渡带用镁铝尖晶石砖/硅莫红砖、烧成带用镁铁铝尖晶石砖/镁铁尖晶石砖/直接结合镁铬砖。

上述耐火材料配置在水泥窑使用过程中存在许多问题，现分析如下：

(1)预热分解带，该段带耐火材料既承受一定的热应力，又受到入窑物料碱化合物的化学侵蚀和物料的磨损，并且该段带也有较高的温度，也应考虑减少筒体散热损失。因此，要求该段带耐火材料要具有良好的耐碱性、耐磨性、隔热性和良好的热震稳定性。现有配置下多采用抗剥落高铝砖，但高铝砖因其中的氧化铝含量较高，耐碱性较差在使用工况下易与碱蒸汽反应而产生碱裂，极易出现剥落，致使用寿命大大降低。并且现有的抗剥落高铝砖因ZrO₂含量较少或根本未添加而性能大减，因此远远不能满足使用要求。硅莫砖不仅因较高的氧化铝含量耐碱性较差，又因为所用的SiC原料的特性而导致材料的导热系数较高，散热损失较大。

(2)过渡带是水泥窑中使用条件最为苛刻的段带。该段带温度变化频繁，火焰时进时出，窑皮时挂时掉，窑衬材料常处于无窑皮保护状态，直接暴露在高温辐射和热气流冲刷之下。因此该段带窑衬材料既承受着重金属及碱化合物、熟料液相等造成的化学侵蚀，温度变化造成的热应力致材料的热震剥落，又受到物料的冲刷磨损和机械震动的机械应力等。现有配置下的镁铝尖晶石砖尽管比较适应该段带，但其导热系数大，导致筒体温度高；硅莫红砖虽然导热系数较镁铝尖晶石砖低，但在熟料液相出现时的适应性很差，极易形成低熔点的硅铝酸钙，导致材料损坏，并且硅莫红砖内含有的SiC，在使用过程中易氧化形成SiO₂，其与材料内含有的Al₂O₃发生二次莫来石化反应，产生体积膨胀而致剥落。其耐碱性也差，也易碱裂致层层剥落，因此硅莫红砖并不适合过渡带使用，这也是硅莫红砖和硅莫砖一直未被国外认可的根本原因。

(3)烧成带温度高，火焰温度最高可达1800℃，窑料温度也在1450℃以上。窑衬材料承受着窑皮内熔体部分的热化学侵蚀、窑皮脱落时引起的热震应力等。这包括熟料熔体的渗透侵蚀与化学剥落；挥发性组分的凝聚、侵蚀和碱裂；气氛变化引起窑衬结构疏松，产生化学疲劳；局部高温过热；温度急剧变化或频繁停窑，应力的产生使热震稳定性下降；热疲劳损伤；机械应力造成的损坏；物料的冲击磨损等。

现有配置下镁铬砖的突出问题表现在六价铬污染以及在停窑时的断砖问题。镁铬砖在水泥生产的工况下是非常适合将三价铬转化为六价铬的，因此，镁铬砖中的三价铬在烧成带使用中转变为六价铬而进入水泥熟料和残砖中，对人体和环境的危害很大，同时镁铬砖容易断砖的最大弱点也常导致筒体温度突然升高，影响窑炉的整体稳定性和连续操作，使用寿命一般。

国内通常使用的镁铁尖晶石砖只是用高铁镁砂为原料加入一定量的氧化铝微粉或镁铝尖晶石制作而成，制品烧结过程中有少量铁铝尖晶石矿相形成，因此挂窑皮性能与抗高温侵蚀、抗剥落性能大大折扣，从而导致使用寿命不稳定无法满足整体配套的需求。

国外某公司专利产品镁铁尖晶石砖虽然拥有较出色的挂窑皮性能和抗高温侵蚀、抗剥落性能，但由于镁铁尖晶石砖的关键原料铁铝尖晶石是用电熔法生产，因此产品活性差，导热系数较高，这既影响到挂窑皮性能又导致水泥窑筒体热损耗偏大，难以满足节能要求。

随着水泥窑大型化发展的现状国家对水泥行业节能、环保政策的要求越来越高，最大限度发挥耐火材料特性实现最佳配置，达到窑衬材料使用寿命长、系统节能环保、生产成本进一步降低，是我们努力的目标。

对于耐火材料的研究，国内外相关技术如下：

1、“降低水泥窑耐火材料消耗的管理措施”(作者：王艳平)水泥窑用耐火材料成本消耗包含两大部分：材料成本和维修成本。具体到管理上，必须重视耐火材料配置优化、选用、施工和使用维护。建立详细的寿命数据台账，对耐火材料寿命数据进行分析，有针对性地制定解决方案，是耐火材料消耗管理的重要环节。文中介绍冀东水泥集团经过多年多条生产线的统计数据，形成了一套基本的窑衬砖配置：①烧成带衬里配置镁铁尖晶石砖或镁铁铝尖晶石砖，底限寿命12个月；②上、下过渡带衬里配置镁铝尖晶石砖，底限寿命10～12个月；③预热分解带衬里配置硅莫砖1650，底限寿命≥36个月。(新世纪水泥导报，2016年03期，11-13)

2、CN200910089561.2公开了“一种水泥窑高温带用镁铁铝尖晶石砖及其使用方法”(发明人：冯运生；李勇；周伟等)本发明涉及一种水泥窑高温带用镁铁铝尖晶石砖及其使用方法。其特征是以优质镁砂和电熔合成铁铝尖晶石为主要原料，混合后的原料加入纸浆废液进行混练、压制、干燥和＞1600℃烧成后制得镁铁铝尖晶石砖。本发明根据不同水泥窑的不同运行情况，结合无铬砖的特点，分区替代镁铬砖，扬长避短，尽可能提高了高温带用耐火砖的性价比，实现了水泥窑用耐火砖的无铬化。实施例1为大型干法水泥窑A(预分解窑型，规格Φ4.8m×74m，设计产量500t/d)耐火砖的配置：烧成带采用镁铁铝尖晶石砖，过渡带整体采用新型镁铝尖晶石砖，其中下过渡带的轮带区采用镁铁铝尖晶石砖。实施例2为大型干法水泥窑B(预分解窑型，规格Φ4.0m×60m，设计产量2500t/d)耐火砖的配置：烧成带采用镁铁铝尖晶石砖，上下过渡带末端均采用硅莫砖，上下过渡带靠近烧成带部位采用新型镁铝尖晶石砖。

3、“大型水泥回转窑环保节能耐火材料配置技术”(作者：叶亚红；刘锡俊；胡建辉)文中介绍了中国建材总院瑞泰科技股份有限公司的研究成果——大型水泥回转窑环保节能耐火材料配置技术：①研发的大型水泥窑用镁铁尖晶石砖广泛应用于大型回转窑(5000t/d)烧成带，尤其是在华润集团应用后，回转窑中尖晶石砖的使用寿命从8个月延长到12个月以上，最长使用时间达到了22个月。②研发的低导热多层复合莫来石砖采用多层复合结构，分为工作层、保温层、隔热层；该耐火砖主要用于过渡带。(中国建材，2016年04期，72-74)

4、“新型干法水泥窑无铬化配套技术的研究与应用”(作者：高长贺；夏文斌；马淑龙；马飞；王治峰)为了推动新型干法水泥窑用耐火砖的无铬化进程并实现节能长寿，根据水泥窑高温带用耐火材料的使用要求，通达耐火技术股份有限公司开发了一套干法水泥窑高温带用耐火砖的新型无铬化配套方案：在烧成带采用方镁石复合尖晶石砖，在上、下过渡带以及预热带采用型号不同的塑性相复合低导硅莫砖；该方案具有环保、节能降耗和长寿的优点，可替代现有的镁铬砖+镁铝尖晶石砖的配砖方案。文中在4000t/d以上窑型的配套方案中提及：该方案耐火砖整体使用寿命超过18个月。(耐火材料，2013年9月增刊2，609-611)

5、CN201120298785.7公开了一种“日产5000吨的水泥回转窑的筒体内衬”(发明人：冯运生；李平；韩忠毅；高长贺；李燕京；张德义；周伟；夏文斌；王治峰；马飞；周新功；孙艳粉；王浩杰)本实用新型涉及一种日产5000吨的水泥回转窑筒体内衬，根据水泥窑高温带不同部位要求，结合不同耐火砖的特点，在内衬不同部位应用不同的耐火砖。整个水泥窑筒体内衬由5～6种材质的耐火砖配置完成，从低温区到高温区依次为：预热带选用耐碱砖，分解带和安全带选用硅莫砖，上过渡带选用塑性相复合低导硅莫砖(后段)和镁铝尖晶石砖(前段)，主烧成带选用镁钙锆砖或镁铁尖晶石砖(或称方镁石复合尖晶石砖)，下过渡带选用镁铁尖晶石砖或镁铝尖晶石砖，窑口冷却带选用高耐磨硅莫砖。相比现有的水泥窑内衬，本实用新型具有环保无铬化、节能、长寿命特点，符合水泥窑用耐材的发展趋势。

6、“5000t/d回转窑耐火材料配置优化”(作者：刘延东)预分解窑耐火材料初始配置方案中，选用了抗剥落高铝砖和镁铝尖晶石砖。在生产运行过程中，抗剥落高铝砖使用寿命短，上过渡带区域筒体温度高，碱侵蚀明显。配置优化后，耐火材料使用寿命、筒体运行安全、检修效率以及节能降耗等方面均取得了良好效果。当然，镁铁尖晶石砖的劣势需在生产过程中注意把控。文中介绍了福建塔牌水泥有限公司针对5000t/d回转窑(Φ4.8m×74m)耐火材料实施的优化配置方案：烧成带、下过渡带、上过滤带前段(关键区域)均使用统一的镁铁尖晶石砖，上过滤带中后段使用Ⅰ型硅莫砖，安全带和分解带使用硅莫砖。其中，硅莫砖在运行两年后表面仍较为平整，大齿圈和三档轮带区域均未出现表面剥落现象，预计使用寿命在4～5年左右。(新世纪水泥导报，2013年06期，87-88)

7、“Φ4.8×72m回转窑耐火砖长效使用方法”(作者：陶绪科；潘玉浦)文中介绍南京中联水泥有限公司4500t/d熟料生产线采用Φ4.8m×72m回转窑，其回转窑自窑口起耐火砖的配置：～1m采用硅莫红砖Ⅰ型(1年、冷却带)，1m～6.4m采用镁铝尖晶石砖(下过渡带)，6.4m～31.4m采用镁铁尖晶石砖(主烧成带)，31.4m～38.8m采用镁铝尖晶石砖有(1年、上过渡带)，38.8m～窑尾采用硅莫红砖Ⅱ型(2年、分解预热带)。其中，自窑头3m～18m内烧成带(15m)的镁铝及镁铁尖晶石砖长效运行18个多月。(中国建材科技，2014年03期，58-59)

8、“Chrome ore free basic bricks”据德国雷法技术(Refratechnic)公司网站介绍：该公司生产的无铬碱性砖系列产品中，型号为F1和90的产品属氧化镁-铁铝尖晶石砖，用于水泥窑烧成带和上过渡带部位；型号为63AR和60AR的产品属硅莫砖，用于水泥窑的卸料带、冷却器的进料带、安全带、预热器、窑门罩等部位。(http://www.refra.com)

9、“Top-grade magnesia spinel bricks”据奥地利奥镁(RHI)耐火材料公司网站介绍：该公司生产的镁砖系列产品中，型号为ANKRAL QF、ANKRAL Z1、ANKRAL Z2、ANKRALZF、ANKRAL ZC、ANKRAL ZE的产品属镁铁铝尖晶石砖，应用领域为烧成带和过渡带；型号为ANKRAL R1、ANKRAL R2、ANKRAL RE、ANKRAL RN、ANKRAL AF、ANKRAL RX、ANKRAL RC的产品属镁铝尖晶石砖，应用领域为过渡带或/和烧成带。(http://www.rhi.at)

10、“Chrome-free Brick for Cement Rotary Kilns”(Authors：KatsunoriITOH；Hiroshi SUGIYAMA；Eishi IIDA)传统的镁尖晶石砖可以用于水泥窑的冷却带和过渡带，但烧成带一般需要用镁铬砖。由于镁铬砖的污染性，本研究推出一种水泥回转窑用无铬砖。该无铬尖晶石砖中氧化镁含量为79％，氧化铝含量为17％，氧化铁含量为2％，可代替镁铬砖用于烧成带。(品川技報；0288-5395；2001，no.44；p.57-62)

11、“Performance of New Chrome-free Basic Brick in Rotary CementKilns”(Authors：KAZUSHI TOKUNAGA；YOSHIYUKI WATANABE；TADASHI TANIGUCHI)本文针对水泥回转窑用新型无铬碱性砖的性能进行了研究。该砖属于尖晶石砖类型，氧化铝含量为10％、氧化镁含量为87.3％、氧化钙含量为1％、氧化铁为0.5％；该无铬碱性砖可用于SP和NSP窑的冷却带、烧成带、过渡带。(Journal of the Technical Association ofRefractories；0285-0028；2003，vol.23，no.4；p.260-265)

12、“Improvement of Brick Deterioration Resistance in the TransitionZone of a Cement Rotary Kiln”(Authors：TAMIATSU KOYAKE；MASAMICHI TAKAI；HIDENORI TADA)本文研究了水泥回转窑过渡带用耐火材料(镁尖晶石砖)热损失对策。文中所述镁尖晶石砖的主要化学成分：氧化镁81.4％、氧化铝17.4％、氧化钙0.7％。(Journalof the Technical Association of Refractories；285-0028；2009，vol.29，no.3；p.231-235)

13、“Chrome-Free,Magnesia-Spinel Brick Used in Burning Zone of CementRotary Kilns”(Authors：AKINORI SAMEJIMA；MASASHI ARAI；SHIGERU UKAWA)本文介绍了一种新的用于水泥回转窑烧成带的无铬镁尖晶石砖，其氧化镁含量为84％、氧化铝含量为13％。文中将该砖与同类型砖(镁尖晶石砖B：氧化镁含量为85％，氧化铝含量为13％；镁铁铝尖晶石砖C：氧化镁含量为85％，氧化铝含量为13％，氧化铁含量为8％)的物理化学性能及成分含量作了列表，并进行了对比研究。(Journal of the Technical Association ofRefractories；0285-0028；2003，vol.23，no.4；p.280-285)

14、“Development of Low Thermal Conductivity Basic Brick for CementRotary Kilns”(Authors：KAZUNARI IMAI；TAKAO TAKADA)本文讲述了水泥窑用低导热碱性砖的发展史，比较了传统水泥窑耐火砖和新型镁尖晶石砖(magnesia-spinel brick)的性能以及在水泥窑上的应用。文中提到的一种新型镁尖晶石砖〔1000℃导热系数为2.9W/(m·K)〕氧化镁含量为83％、氧化铝含量为13％，可用于烧成带；另一种镁尖晶石砖〔1000℃导热系数为2.8W/(m·K)〕氧化镁含量为85％、氧化铝含量为14％，可用于过渡带。(Journal ofthe Technical Association of Refractories；0285-0028；2007，vol.27，no.2；p.124)

15、“回转窑烧成带用镁铁铝尖晶石砖的研制与应用”(作者：陈俊红；封吉圣；朱波；赵兵；封立杰)。文章介绍2009年北京科技大学与鲁中耐火材料有限公司共同研制出回转窑烧成带用镁铁铝尖晶石砖，同年10月鲁中水泥公司在5000t/d生产线上砌筑了该镁铁铝尖晶石砖；其耐火材料配置情况：窑口专用浇注料(0～0.8m)，1680硅莫砖(0.8m～1.8m)，镁铁铝尖晶石砖(1.8m～11.8m)，直接结合镁铬砖(11.8m～27m)，1680硅莫砖(27m～42m)，抗剥落高铝砖(42m～72m)。(水泥，2011年01期，1-3)

16、CN201010104537.4公开了“镁铁铝尖晶石砖及其制备方法”(发明人：陈俊红；封吉圣；郑本水；石志民；赵兵；朱波；孙加林；李勇；薛文东)本发明涉及一种镁铁铝尖晶石砖及其制备方法，其化学重量百分组成为：Fe₂O₃ 2.5％～9.6％、Al₂O₃ 2.9％～12％和MgO76％～93％，XRD谱线显示主要晶相为FeO·Al₂O₃，制备方法是以镁砂和铁铝尖晶石为原料，外加结合剂，经压制成型、干燥后高温烧成而制得，简单易行，镁铁铝尖晶石砖可用于适宜的高温领域，尤其是新型干法线回转窑的烧成带，解决了烧成带用镁铬砖的Cr⁶⁺污染问题。

17、CN201510936752.3公开了“一种低导热镁铝尖晶石砖的制备方法”(发明人：陈俊红；封吉圣；贾元平；吴艳霞；朱波；郭玉涛)一种低导热镁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于：低导热镁铝尖晶石砖由耐火层和隔热层组成，在1550℃～1750℃烧制而成。本发明制备的低导热镁铝尖晶石砖的耐火层为高纯镁铝尖晶石，具有的良好抗侵蚀、抗冲刷、抗热震、抗机械应力的高温力学性能，隔热层为镁铁复合橄榄石，不但具有优异的高温性能，同时具有低的导热系数，由于镁橄榄石和铁橄榄石的复合，使得隔热层与耐火层的热膨胀系数实现了平缓过渡，结合强度高，也实现了高导热性向低导热性平缓过渡，降低热耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥窑筒体成套低导热内衬，其采用的低导热材料导热系数、热膨胀系数低，强度高，抗化学侵蚀性强，适应使用固废处理和RDF的水泥窑工况条件，使用寿命大幅度提高，节能效果显著。

本发明所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，依次包括下过渡带、烧成带、上过渡带、预热带和分解带，下过渡带和上过渡带均使用低导热镁铝尖晶石砖砌筑，低导热镁铝尖晶石砖的工作层为高纯镁铝尖晶石砖，隔热层为镁铁复合橄榄石砖；烧成带使用镁铁铝尖晶石砖砌筑；预热带和分解带使用低导热抗剥落砖砌筑；

所述的低导热抗剥落砖，是以合成的低导热耐碱原料、α氧化铝微粉、红柱石和结合粘土为原料，混合制成混合粉体，然后向混合粉体中加入结合剂，压制成型，干燥，烧成，得到所述的低导热抗剥落砖；

所述的合成的低导热耐碱原料由以下重量百分含量的原料制成：

焦宝石细粉 17％～25％，

煤矸石细粉 40％～55％，

硅石细粉 20％～43％；

以上述原料的总质量为100％计量，外加助烧剂的种类及质量用量如下：

钾长石细粉 1％～2％，

碳酸钾 0.5％～1％；

所述的合成的低导热耐碱原料的制备方法如下：

将以上原料混合均匀后，用球磨机湿法混磨细度要求D90≤10μm，达到细度后放入均化池均化，均化后的泥浆经喷雾造粒制成粒度为20目～60目颗粒料，用压机压制成砖坯或球或用成球盘滚制成球，利用隧道窑或竖窑1500℃～1550℃烧成，得到所述的合成的低导热耐碱原料。

所述的低导热抗剥落砖，由以下重量百分含量的原料制成：

所述合成的低导热耐碱原料的粒度≤5mm，α氧化铝微粉的粒度≤0.088mm，红柱石的粒度≤3mm，结合粘土的粒度≤0.088mm。

所述合成的低导热耐碱原料中Al₂O₃的质量百分含量为25％～35％，SiO₂的质量百分含量为60～70％，Na₂O和K₂O的质量百分含量之和为1.0％～2.5％，其余为杂质成分，体积密度为2.2-2.6g/cm³。

所述α氧化铝微粉中Al₂O₃的质量百分含量≥98％；红柱石中Al₂O₃的质量百分含量为50％～58％；结合粘土中Al₂O₃的质量百分含量为20％～30％。

所述低导热抗剥落砖的Al₂O₃的质量百分含量为30％-50％，体积密度为2.10～2.40g/cm³，耐压强度为45～100MPa。

所述低导热抗剥落砖的制备方法如下：

将原料混合制成混合粉体，然后向混合粉体中加入占混合粉体质量1％～5％的结合剂，用压力机压制成砖坯，经100-150℃保温24小时，干燥后在隧道窑1300℃～1400℃的温度下保温6～8小时，烧制成所述的低导热抗剥落砖。

所述预热带使用低导热抗剥落砖DDR-30砌筑，分解带使用低导热抗剥落砖DDR-50砌筑，DDR-30和DDR-50的理化指标如下：

表1DDR-30和DDR-50的理化指标

所述低导热镁铝尖晶石砖，在CN201510936752.3中已公开了其具体的制备方法，低导热镁铝尖晶石砖的工作层和隔热层的理化指标如下：

表2低导热镁铝尖晶石砖的工作层和隔热层的理化指标

所述镁铁铝尖晶石砖是以镁砂和铁铝尖晶石为原料制作的无铬化绿色产品，在201010104537.4中已公开了该镁铁铝尖晶石砖及其制备方法，其理化指标如下：

表3镁铁铝尖晶石砖的理化指标

本发明中，烧成带用镁铁铝尖晶石砖，挂窑皮性能好，窑皮形成迅速、均匀且稳定，停窑时不易脱落；抗侵蚀性好、没有碱裂、疏松现象；导热系数低，温度扫描显示，回转窑壳体温度在230-280℃，对比烧成带筒体温度扫描结果，比国外某镁铁铝尖晶石砖低40℃左右，节能效果好。

所述上过渡带、下过渡带用低导热镁铝尖晶石砖，既具有镁铝尖晶石砖良好的高温使用性能，又具有较低的导热系数，降低了热散失，减小了窑体的负荷和机械应力，在保证使用寿命的同时，又起到了一定的节能降耗的作用。

对预热带、分解带而言，从提高材料的耐碱性角度看，铝硅系材料中的氧化铝含量不宜过高，以低铝设计为主。从降低材料的导热系数角度，采用结晶相与非晶组分互相阻断的结构设计。由此，本发明研发合成了低导热高耐碱侵蚀的新原料，此种材料以莫来石为主晶相。莫来石的针柱状结晶结构为该原料提供框架支撑，辅助相为莫来石提供了耐侵蚀的保护，两种材料完美的糅合到了一起，实现了优势互补。

本发明以合成的低导热耐碱原料为主要原料，通过添加预合成的非晶态原材料(合成的低导热耐碱原料)及三石(α氧化铝微粉、红柱石和结合粘土)，通过控制材料的粒度分布及成型压力，控制烧成温度及氧化烧成气氛，以保证非晶态材料的稳定存在及莫来石框架的良好形成，从而获得了导热系数低、热震稳定性好、耐碱侵蚀性能优良的低导热抗剥落砖。

所述预热带和分解带用低导热抗剥落砖，其突出特点是高耐碱性，避免了材料的碱侵剥落现象；热膨胀系数小，体积稳定，因热应力增大而造成的材料损坏大大减少，保证了使用寿命；导热系数低，窑体表面温度降低，减少了散热损失，降低能耗；体积密度低，窑体负荷减小，窑衬所受机械应力相应减小，材料采购成本下降，系统电耗降低。

为满足水泥窑筒体内衬各段带对耐火材料性能的要求，最大限度发挥耐火材料特性实现最佳配置，达到窑衬材料使用寿命长、系统节能环保、生产成本进一步降低的目标，本申请结合低导热系列耐火材料产品在节能、长寿命等方面的优势提出了水泥窑用绿色节能耐火材料成套方案，所采用的材料均为低导热材料，均已通过中国建材联合会组织的科技成果鉴定。该方案是水泥窑用全套低导热耐火材料绿色、节能、环保产品的集成，体现了绿色、环保、节能耐火材料的发展方向，具有广泛的发展前景。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)选用的低导热系列材料，其优良的低导热性能可以有效减少水泥窑筒体的热量传导，从而降低筒体表面温度，减少散热损失，根据国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心测定结果比国内平均值窑体散热损失可降低37.91kJ/kg-cl，节能效果显著；

(2)选用的低导热系列材料，是在对大量水泥窑各段带窑炉工况及耐火材料损坏机理进行分析研究的基础上，研发确定的最优配置，各段带材料的使用寿命都有大幅延长，其中烧成带和过渡带寿命达到18个月以上，预热分解带寿命36个月以上，从而实现了窑衬周期的合理配置，检修周期延长至18个月以上；

(3)所述烧成带选用的无铬材料，实现了水泥生产的无铬化；同时低导热材料的使用，在节能的同时也减少了二氧化硫和氮氯化物的排放，从而降低水泥生产对环境的污染；

(4)选用的低导热系列材料，不仅降低了导热系数而且也降低了材料的体积密度，可降低耐火材料用量8％左右，实现了窑衬材料的轻量化，这既可以降低采购费用，也使得窑系统重量减轻，一定程度上降低了窑的负荷，窑主机电流降低，从而降低了窑系统运行电耗，进一步达到节能降耗的目的；

(5)选用的低导热系列材料，具有优良的抗化学侵蚀性能，适应使用固废处理和RDF的水泥窑工况条件。

附图说明

图1为本发明所述的水泥窑筒体成套低导热内衬与现有水泥窑用耐火材料配置对比图；

图2为实施例4所述的水泥窑筒体成套低导热内衬表面散热损失图；

图3为实施例4所述的水泥窑筒体成套低导热内衬筒体温度曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。

实施例1

焦宝石细粉17％，煤矸石细粉40％，硅石细粉43％。

钾长石细粉1％，碳酸钾1％。

所述的合成的低导热耐碱原料的制备方法如下：

将以上原料混合均匀后，用球磨机湿法混磨细度要求D90≤10μm，达到细度后放入均化池均化，均化后的泥浆经喷雾造粒制成粒度为20目颗粒料，用压机压制成砖坯，利用隧道窑1525±25℃烧成，得到所述的合成的低导热耐碱原料。

所述的低导热抗剥落砖，由以下重量百分含量的原料制成：

合成的低导热耐碱原料，粒度≤5mm，占总量的77％；

结合粘土，粒度≤0.088mm，占总量的15％；

α氧化铝微粉，粒度≤0.088mm，占总量的3％；

红柱石，粒度≤3mm，占总量的5％。

上述原料经称量、混合、以结合剂混炼后制成低导热抗剥落砖DDR-30的混合原料。结合剂的加入量为上述混合粉体为基准的2％。

将上述混合原料装入模具中，用压力机压制成砖坯，经110℃保温24小时干燥后在隧道窑1325±25℃的温度下保温6小时烧制成低导热抗剥落砖DDR-30。

实施例2

焦宝石细粉25％，煤矸石细粉55％，硅石细粉20％。

钾长石细粉2％，碳酸钾0.5％。

所述的合成的低导热耐碱原料的制备方法如下：

将以上原料混合均匀后，用球磨机湿法混磨细度要求D90≤10μm，达到细度后放入均化池均化，均化后的泥浆经喷雾造粒制成粒度为60目颗粒料，用压机压制成球，利用隧道窑1525±25℃烧成，得到所述的合成的低导热耐碱原料。

所述的低导热抗剥落砖，由以下重量百分含量的原料制成：

合成的低导热耐碱原料，粒度≤5mm，占总量的68％；

结合粘土，粒度≤0.088mm，占总量的10％；

α氧化铝微粉，粒度≤0.088mm，占总量的12％；

红柱石，粒度≤3mm，占总量的10％。

上述原料经称量、混合、以结合剂混炼后制成低导热抗剥落砖DDR-45的混合原料。结合剂的加入量为上述混合粉体为基准的1％。

将上述混合原料装入模具中，用压力机压制成砖坯，经110℃保温24小时干燥后在隧道窑1355±25℃的温度下保温8小时烧制成低导热抗剥落砖DDR-45。

实施例3

焦宝石细粉20％，煤矸石细粉45％，硅石细粉35％。

钾长石细粉1.5％，碳酸钾0.8％。

所述的合成的低导热耐碱原料的制备方法如下：

将以上原料混合均匀后，用球磨机湿法混磨细度要求D90≤10μm，达到细度后放入均化池均化，均化后的泥浆经喷雾造粒制成粒度为40目颗粒料，用成球盘滚制成球，利用竖窑1525±25℃烧成，得到所述的合成的低导热耐碱原料。

所述的低导热抗剥落砖，由以下重量百分含量的原料制成：

合成的低导热耐碱原料，粒度≤5mm，占总量的50％；

结合粘土，粒度≤0.088mm，占总量的5％；

α氧化铝微粉，粒度≤0.088mm，占总量的20％；

红柱石，粒度≤3mm，占总量的25％。

上述原料经称量、混合、以结合剂混炼后制成低导热抗剥落砖DDR-50的混合原料。结合剂的加入量为上述混合粉体为基准的5％。

将上述混合原料装入模具中，用压力机压制成砖坯，经110℃保温24小时干燥后在隧道窑1375±25℃的温度下保温7小时烧制成低导热抗剥落砖DDR-50。

对比例1

所述的普通砖，由以下重量百分含量的原料制成：

M47莫来石原料，粒度≤5mm，占总量的50％；

结合粘土，粒度≤0.088mm，占总量的5％；

α氧化铝微粉，粒度≤0.088mm，占总量的20％；

红柱石，粒度≤3mm，占总量的25％。

上述原料经称量、混合、以结合剂混炼后得到制成普通砖的混合原料。结合剂的加入量为上述混合粉体为基准的5％。

将上述混合原料装入模具中，用压力机压制成砖坯，经110℃保温24小时干燥后在隧道窑1375±25℃的温度下保温7小时烧成得到普通砖

对上述3个实施例制得的低导热抗剥落砖，以及对比例1制得的普通砖进行了性能测试，具体如下：

表4本发明制备的低导热抗剥落砖及普通砖的理化结果

通过表4可以得知，对比例1在同等工艺条件下制备的产品的性能，不如本发明制备的产品的性能优异。

实施例4

在某公司5000t/d熟料生产线使用所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，见下表：

表5水泥窑筒体成套低导热内衬配置表

使用成套方案后，整体运行平稳，检测回转窑筒体表面温度较以前配置材料(表5)降低平均40～50℃，2016年07月10日因市场情况停窑，已使用1年。进窑观察，结果如下：

烧成带镁铁铝尖晶石砖挂窑皮均匀、牢固，在16m处打孔检测砖厚度190～200mm。

过渡带低导热镁铝尖晶石砖表面光滑平整，在27m处打孔检测砖厚度200～210mm。

分解预热带低导热抗剥落砖DDR-50砖表面光滑平整，有釉面形成，无碱裂剥落现象，在35m处打孔检测砖厚度210～220mm。低导热抗剥落砖DDR-30砖表面光滑平整，有釉面形成，无碱裂剥落现象，在45m处打孔检测砖厚度215～220mm。

在使用1年后进窑观测结果看，预计该配置方案烧成带、过渡带可继续使用1年，分解预热带可继续使用2年以上。经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心检测窑体散热为84.38kJ/kg-cl，国内平均值为122.29kJ/kg-cl。对比检测结果可减少窑体散热损失37.91kJ/kg-cl，节能效果显著。

从图2中可以看出，回转窑表面散热损失由前面《海南某厂5000t/d熟料1#生产线系统标定报告》中回转窑表面散热损失占比43.7％降低到34.71％，降低了9.03％。

所述的水泥窑筒体成套低导热内衬筒体温度曲线，见图3。

实施例5

某水泥有限公司5000t/d，2016年2月使用所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，配置见表6：

表6水泥窑筒体成套低导热内衬配置表

该公司已使用成套方案6个月，窑系统运转正常。经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心检测窑体散热为82.31kJ/kg-cl，国内平均值为122.29kJ/kg-cl。对比检测结果可减少窑体散热损失39.98kJ/kg-cl，节能效果显著。

Claims

1.一种水泥窑筒体成套低导热内衬，依次包括下过渡带、烧成带、上过渡带、预热带和分解带，其特征在于：下过渡带和上过渡带均使用低导热镁铝尖晶石砖砌筑，低导热镁铝尖晶石砖的工作层为高纯镁铝尖晶石砖，隔热层为镁铁复合橄榄石砖；烧成带使用镁铁铝尖晶石砖砌筑；预热带和分解带使用低导热抗剥落砖砌筑；

焦宝石细粉 17％～25％，

煤矸石细粉 40％～55％，

硅石细粉 20％～43％；

钾长石细粉 1％～2％，

碳酸钾 0.5％～1％。

2.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：低导热抗剥落砖由以下重量百分含量的原料制成：

3.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：合成的低导热耐碱原料的粒度≤5mm，α氧化铝微粉的粒度≤0.088mm，红柱石的粒度≤3mm，结合粘土的粒度≤0.088mm。

4.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：合成的低导热耐碱原料中Al₂O₃的质量百分含量为25％～35％，SiO₂的质量百分含量为60～70％，Na₂O和K₂O的质量百分含量之和为1.0％～2.5％，其余为杂质成分，体积密度为2.2-2.6g/cm³。

5.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：α氧化铝微粉中Al₂O₃的质量百分含量≥98％；红柱石中Al₂O₃的质量百分含量为50％～58％；结合粘土中Al₂O₃的质量百分含量为20％～30％。

6.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：低导热抗剥落砖的Al₂O₃的质量百分含量为30％-50％，体积密度为2.10～2.40g/cm³，耐压强度为45～100MPa。

7.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：低导热抗剥落砖的制备方法如下：

8.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：预热带使用低导热抗剥落砖DDR-30砌筑，分解带使用低导热抗剥落砖DDR-50砌筑，DDR-30和DDR-50的理化指标如下：

9.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：低导热镁铝尖晶石砖的工作层和隔热层的理化指标如下：

10.根据权利要求1所述的水泥窑筒体成套低导热内衬，其特征在于：镁铁铝尖晶石砖是以镁砂和铁铝尖晶石为原料制作的无铬化绿色产品，其理化指标如下：