CN2679517Y - 炭素回转窑复合二、三次风嘴 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种炭素回转窑复合二、三次风嘴。本实用新型三层复合结构的风嘴，由耐高温外层、骨架层、轻质隔热保温内层三层复合而成，耐高温外层与轻质隔热保温内层之间为骨架层；风嘴的材质为无机非金属材料，耐高温外层的材质选自莫来石、硅线石、镁铝尖晶石或抗蠕变高铝质材料；轻质隔热保温内层的材质选自硅酸钙、漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料；骨架层的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅。由于本实用新型复合二、三次风嘴的耐高温外层、骨架层的制作都是在高于使用温度的炭素回转窑外的高温炉窑中完成的，所以在回转窑内使用时不会再出现缺陷延伸和结构转变，只有热胀冷缩的体积变化。

Description

炭素回转窑复合二、三次风嘴
技术领域
本实用新型涉及一种炭素回转窑的二、三次风嘴，具体的说是一种复合而成的风嘴。
背景技术
二、三次风嘴在炭素回转窑中的作用：
1、用它把窑外的自然空气引入回转窑内助燃炭素原料的挥发份。在煅烧炭素原料时，从200℃开始便有挥发份析出，这些挥发份主要是以CO和烷烃类及少量气态杂质。这些挥发份基本上是可燃物，如能在窑内燃烧，可节约大量能源。如果二、三次风嘴正常运行，基本上不用补充燃料。但是二、三次风嘴如不能正常运行，就必须外加燃料。以Φ2.2×45m回转窑煅烧料产能3.5t～5.5t/h所消耗的重油计算，0.5t/h、12t/d、一个月燃烧重油360t。除此之外，如果挥发份不能在窑内燃烧，就会随负压抽到沉灰室。在沉灰室遇到氧气便剧烈燃烧，同时引燃进入沉灰室的高温的炭素原料，有时会产生喷爆事故。也有的企业出现烧塌沉灰室、烧坏余热锅炉的事故。
2、拉长煅烧带。由于二、三次风嘴燃烧了挥发份，在窑内形成了较长的高温区域，使过渡段温度梯度平缓。
3、发挥沉灰室作用。由于挥发份基本在窑内烧尽，进入沉灰室的只有高温烟气，没有可燃物，温度可控制在1000℃±50℃。沉灰室的作用充分发挥出来，沉灰室的使用寿命也可延长。并阻挠粉尘进入余热锅炉，延长余热锅炉使用寿命，减少了向环境排放的粉尘。
4、提高煅烧料质量。由于有了较长的高温区域和平缓的过渡段温度梯度。炭素原料在煅烧过程中的重烧收缩是逐渐而有规律地完成的，所以质量比较均匀，对后期产品的质量是非常有利的。
5、减少停窑次数，可有效延长回转窑的使用寿命。
目前，二、三次风嘴结构为钢骨架内管外包浇注料，二、三次风嘴是在现场回转窑内施工的，先将钢骨架内管安装定位，然后沿钢骨架内管的外围按指定距离围成模板，再将浇注料注入模内捣打予制。相关专利为：“CN2573972Y回转窑的风嘴浇注体”。风嘴在窑内捣打予制后经过3～5天的自然养护，然后希望在点火烘窑的过程中完成烧结。但是从脱模养护到点火烘窑以及在窑内烧成的全过程中，对浇注料二、三次风嘴的捣打质量只能用目测方法去检查。如果质量缺陷比较明显，就必须拆除重做。但要有足够的工期。由于生产任务紧迫，一般企业是没有条件的。如果质量缺陷不明显，靠目测难以发现，处在一种无把握的随机状态。二次风嘴在回转窑这样一个高温、震动、冲刷、内冷外热的恶劣环境中运行。风嘴缺陷延伸，以及内应力产生新的缺陷、掉块、烧熔等。以上任何一个问题出现后，都造成回转窑的再度停产。
另一方面，钢骨架内管浇注料二、三次风嘴有着难以避免的自身缺陷矛盾。
1、钢内管和浇注料在理化指标上有着本质的区别。一类是金属材料、一类是无机非金属材料，长久共处在＞1250℃高温中运行必然出现各种问题。
2、膨胀的起始温度和膨胀系数不同，内管从100℃开始膨胀，系数为16.1～18.8×10-6/℃，而浇注料的从200℃～1000℃的膨胀系数为4.5～8.5×10-6/℃，同时在高温时还会重烧收缩。钢内管和浇注料互相在不同的时间和位置做不一致的运动。这种错动损害造成了两类材料的不同缺陷。
3、钢骨架内管外包浇注料二、三次风嘴的重结晶要靠烘窑过程和使用温度才能完成。但是目前铝行业的炭素回转窑烘窑最高温度为1250℃±50℃，仅靠窑内温度是难以完成的。
4、工作温度和耐火度(钢材的熔点)不同。外包浇注料为无机非金属材料，它的烧结温度也是它的强度最低点，就是原始结构已失效，原有的粘结剂在1100℃以上时随着温度升高和向深层迁移而失去粘结性，新的结构要在1250℃～1350℃温度中重新形成，这段温度空白中浇注料自身的分解是第一步。而此时钢内管的端头已开始熔融(Cr25Ni20Si材质在1150℃以上2h就开始熔融)，起不到依托作用。耐火材料由于失去依托便形成不规则的脱落。耐火材料脱落后钢内管的下一段端头又暴露在高温火焰之下，在高温下钢内管的端头又产生熔融，……，如此反复恶性循环。直到管端低于窑内料面(料面淹没管端后就会从管口将物料倒灌进入风机)，被迫停窑。
目前铝行业炭素回转窑中通过施工、烘炉、烧结后质量合格的二次风嘴使用寿命一般为90天左右。也就是说完全合格的二次风嘴也要每运行三个月就要停窑检修更换一次。但是在回转窑中一组10个二、三次风嘴中的任何一个损坏都必须停窑处理。
一般企业的回转窑由于内衬原因每年都要大修或中修。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种炭素回转窑用的复合二、三次风嘴，以解决现有炭素回转窑用的二、三次风嘴由于采用钢骨架内管外包浇注料的结构，使钢骨架内管与浇注料在高温中的不协调，另外外层浇注料要依靠使用回转窑自身温度来烧结以完成风嘴的重结晶，风嘴在回转窑生产运行中寿命短、故障率高，不能长期稳定运行的问题。
为达到上述目的，本实用新型炭素回转窑复合二、三次风嘴，风嘴固定在回转窑筒壁上，风嘴外部为圆锥体结构。
在回转窑中二次风部位采用三层复合结构的风嘴，它由耐高温外层、骨架层、轻质隔热保温内层三层复合而成，耐高温外层与轻质隔热保温内层之间为骨架层；风嘴的材质为无机非金属材料，耐高温外层的材质选自莫来石、硅线石、镁铝尖晶石或抗蠕变高铝质材料，优选莫来石或抗蠕变高铝质材料；轻质隔热保温内层的材质选自硅酸钙、漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料，优选硅酸钙或漂珠浇注料；骨架层的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅。
在回转窑中三次风部位的温度较低，可采用双层复合层风嘴，其由耐高温外层和轻质隔热保温内层双层复合而成，风嘴的材质为无机非金属材料；耐高温外层的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，轻质隔热保温内层的材质选自硅酸钙漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料。
本实用新型复合风嘴由圆环形钢卡箍紧固并焊接在回转窑筒壁上，钢卡箍内圆环卡在风嘴外壁下部距风嘴底端140～180mm处。
在回转窑中二次风部位，使用温度为1300℃，烧成温度为1450℃～1600℃，因而采用三层复合结构的风嘴。在回转窑中三次风部位的温度较低(约950℃～1150℃)，采用双层复合层风嘴较为经济实用。
本实用新型复合风嘴各层所选材料均为多种功能和理化指标不同的无机非金属材料制成，热膨胀起始温度和膨胀系数非常相近，没有互相错动伤害的物理条件。由于本实用新型复合二、三次风嘴的耐高温外层及骨架层的制作都是在高于使用温度的炭素回转窑外的高温炉窑中完成的，所以在回转窑内使用时不会再出现缺陷延伸和结构转变。只有热胀冷缩的体积变化。
本实用新型复合二、三次风嘴的正常使用寿命一般在24个月以上。
优质的二、三次风嘴的节能效益很高，以φ2.2×45M回转窑为例：年运行工作日历300天，设计产能5.5吨/h，39600吨/年，重油消耗为65kg～95kg/吨产品，年消耗重油2574吨～3762吨。使用二、三次风嘴后设计重油消耗0kg～35kg/吨产品。年消耗重油小于1380吨。事实上使用二、三次风嘴熟练的企业可达到微消耗，只在烘炉时使用燃料。
                                                           表1：本发明复合风嘴所用各类材料理化指标参照表
序号 材料名称 最高持久使用温度(℃) 主要化学成分(％) 体积密度(kg/M3)     0.2MPa荷重软化开始温度(℃) 耐火度(℃)   常温耐压强度(MPa)   热稳定性(次)     导热率[W(m.℃)] 平均线膨胀系数200℃-1000℃
    1 莫来石     1450 Al2O372％SiO228％     2350     ＞1600   ＞1790    50～100     ＞25     3.8 5.5～5.8×10-6
    2 硅线石     1450 Al2O355％SiO244％     2450     ＞1520   ＞1790    54     ＞20     3.8 5.3×10-6
    3 镁铝尖晶石     1450 MgO85％Al2O3＜18％     2760     ＞1650   ＞1790    70～100     ＞19     2.8--3.7 1.1～2.8×10-6
    4 抗蠕变高铝质     1450 Al2O375％     2760     1490   ＞1790    53～69     ＞10     5 8.0～8.5×10-6
    5 含氧碳化硅     1400 SiC 75～85％     2600     1500   熔点2000℃    60     ＞35     17.4 4.5～5×10-6
    6 氮化硅结合碳化硅     1450 SiC72％Si3N423％     2650     1750   熔点1900℃    100     ＞35     15.5 4.7～5×10-6
    7 重结晶碳化硅     1650 SiC99％     3100   熔点2500℃    250     ＞25     24 4.0～4.5×10-6
    8 硅酸钙     900～1100     230     1050     0.05+10-4t
    9 漂珠浇注料     1100～1300 Al2O345％Fe2O32％     1300     1320   1600    4     ＞25     0.6 11.5～13×10-6
    10 氧化铝空心球浇注料     1450～1750 Al2O390％Fe2O30.5％     800     1420   1750    8     ＞35     0.7 0.7～0.8×10-6
    11 1Cr18Ni9Ti     800     7850     41 ～18.5×10-6
    12 3Cr25Ni20     1000     7850     41 ～18.5×10-6
表2：铝行业的炭素回转窑二、三次风嘴经济效益对比表
项目 钢骨架内管浇注料 复合无机非金属材料
使用寿命 3个月 12个月
年消耗量 40个 10个
单价 内管：1700.00元/个浇注料：1200.00元/个施工费：530.00元/个合计：3430.00元/个 8000.00元/个
总价 40×3430＝137200元 10×8000＝80000元
停窑时间 升降温：2周/次，修复风嘴需要1周。一年因二次风停窑4次4×3周＝12周 升降温：2周/次，修复风嘴需要1周。一年因二次风停窑4次1次需要3周(可与大修同时进行)
年生产时间 大修：50天(同时修风嘴)修风嘴3次：9周实际可利用工作日：365-50-63＝252(天) 大修：50天(同时修风嘴)修风嘴：不另需时间实际可利用工作日：365-50＝315(天)
对窑衬的影响 缩短煅烧带寿命约8个月，造成直接损失30万元/年 无内衬炸裂，可减少直接损失30万元/年
对产能的影响 可增产煅后料8300吨
附图说明
图1是现有二、三次风嘴的结构示意图；
图2是本实用新型的第一种实施方式的结构示意图；
图3是本实用新型的第二种实施方式的结构示意图；
图4是本实用新型中钢卡箍的结构示意图；
图5是本实用新型复合风嘴与钢卡箍配套的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
本实用新型风嘴固定在回转窑筒壁上，风嘴外部为圆锥体结构。复合风嘴由圆环形钢卡箍4紧固并焊接在回转窑筒壁上，钢卡箍4内圆环卡在风嘴外壁下部距风嘴底端140～180mm处。钢卡箍的形状如图4所示。
在回转窑中二次风部位，使用温度为1300℃，烧成温度为1450℃～1600℃，因而采用三层复合结构的风嘴。图2示出了本实用新型第一种实施方式三层复合风嘴的结构，风嘴由耐高温外层1、骨架层3、轻质隔热保温内层2三层复合而成，耐高温外层1与轻质隔热保温内层2之间为骨架层3；风嘴的材质为无机非金属材料，耐高温外层1的材质选自莫来石、硅线石、镁铝尖晶石或抗蠕变高铝质材料，优选莫来石或抗蠕变高铝质材料；轻质隔热保温内层2的材质选自硅酸钙、漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料，优选硅酸钙或漂珠浇注料；骨架层3的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅。轻质隔热层的作用在于阻隔窑外进入的冷空气对骨架层的破坏。
在回转窑中三次风部位的温度较低(约950℃～1150℃)，可采用双层复合层风嘴，图3示出了本实用新型第二种实施方式双层复合风嘴的结构，其由耐高温外层1和轻质隔热保温内层2双层复合而成，风嘴的材质为无机非金属材料；耐高温外层1的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，轻质隔热保温内层2的材质选自硅酸钙漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料。轻质隔热保温内层的作用在于阻隔窑外进入的冷空气对外层的破坏。
在回转窑中施工安装时应按以下工序施工：拆除原有的钢内管及二、三次风浇注料，在原位置上安装复合层无机非金属材料二、三次风嘴，用锚固钢卡箍紧固复合风嘴并焊接在回转窑筒壁上，用回转窑耐高温内衬5和内衬隔热层6填充周围，待养护完成后按烘窑曲线升温。

Claims (3)

1、一种炭素回转窑复合二、三次风嘴，风嘴固定在回转窑筒壁上，风嘴外部为圆锥体结构，其特征在于：风嘴由耐高温外层(1)、骨架层(3)、轻质隔热保温内层(2)三层复合而成，耐高温外层(1)与轻质隔热保温内层(2)之间为骨架层(3)；风嘴的材质为无机非金属材料，耐高温外层(1)的材质选自莫来石、硅线石、镁铝尖晶石或抗蠕变高铝质材料，优选莫来石或抗蠕变高铝质材料；轻质隔热保温内层(2)的材质选自硅酸钙、漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料，优选硅酸钙或漂珠浇注料；骨架层(3)的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅。
2、一种炭素回转窑复合二、三次风嘴，风嘴固定在回转窑筒壁上，风嘴外部为圆锥体结构，其特征在于：风嘴由耐高温外层(1)和轻质隔热保温内层(2)双层复合而成，风嘴的材质为无机非金属材料；耐高温外层(1)的材质选自含氧碳化硅、氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，优选氮化硅结合碳化硅或重结晶碳化硅，轻质隔热保温内层(2)的材质选自硅酸钙漂珠浇注料或氧化铝空心球浇注料。
3、根据权利要求1或2所述的炭素回转窑复合二、三次风嘴，其特征在于：所述风嘴由圆环形钢卡箍(4)紧固并焊接在回转窑筒壁上，钢卡箍4内圆环卡在风嘴外壁下部距风嘴底端140～180mm处。
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