石灰窯隔熱保溫材料分析與技術改進

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

石灰窯是氨堿法生產純堿的重要設備，石灰石配入一定比例的焦炭或無煙煤，送入石灰窯內煅燒分解，生成CO2和CaO，為氨堿法純堿生產提供必須的中間物料。石灰窯種類很多，目前多采用機械化豎窯，石灰石在石灰窯內煅燒時，沿窯體內由上至下按高度可分為預熱、煅燒、冷卻三段：預熱段約占窯體有效高度的1/4左右，與下段交界處的溫度約900 ℃；煅燒段約占窯體高度的一半，根據雜質等含量控制煅燒溫度,一般CaCO3含量高時控制在1150～1200 ℃,CaCO3含量較低時控制在1 050～1 150 ℃,MgCO3含量高的石灰石煅燒溫度要控制在1 050 ℃以下，與下段交界處的溫度800～850 ℃；冷卻段在窯體下部，約占窯體有效高度的1/4左右。

1 石灰窯隔熱保溫材料的技術要求

1.1 隔熱保溫材料的性能作用

石灰窯隔熱保溫材料是處在高溫條件下運行，在長期高溫作用下，體積穩定性、重燒收縮性、耐磨性及機械強度會受到影響而降低,特別是石灰石含雜質過高時，常常產生結瘤子現象，更有害于襯磚的使用壽命，為此隔熱保溫材料需滿足以下性能：

1)應具有抵抗高溫作用而不被熔化的性能。

2)能夠承受窯爐載荷和熱應力的作用而不喪失結構強度、不軟化變形、不斷裂坍塌。

3)在高溫下體積穩定，不致因膨脹和收縮使砌體變形或出現裂紋。

4)當溫度急變或受熱不均勻時不開裂破壞。

5)對于液態溶液、氣態及固態物質的化學侵蝕應具有一定的耐侵蝕能力。

6)應具有一定的高溫強度和抗磨性能，以承受煙塵、爐料的撞擊和長期摩擦。

石灰窯的熱效率：消耗于分解CaCO3的熱量與燃料燃燒時所放出的全部熱量之比稱為是灰窯的熱效率。其值一般在75%～80%之間,其熱損失主要有以下五項：

1)窯氣帶出的熱量約占總熱量的6%。

2)石灰帶出的熱量約占總熱量的2%。

3)燃料燃燒不完全帶出的熱量約占總熱量的2%。

4)蒸發物料的水分約占總熱量的0.2%。

5)窯體散熱損失約占總熱量的14%。

由此看出窯體的散熱損失約占總熱量損失的60%左右，因此窯體的保溫隔熱材料十分重要，保溫層要有足夠的厚度、低的導熱系數，確保燒成帶邊部和中心溫度均勻，有利于熟料質量提高，由于中心熟料大塊結瘤減少，通風改善，也利于石灰窯產量的提高，因此隔熱保溫層對石灰窯起著很重要的作用。

1.2 隔熱保溫材料的結構組成及對比分析

1.2.1 隔熱保溫材料結構組成分類

我公司石灰窯隔熱保溫形式有兩種：

第一種從窯壁向內保溫材料依次為：蛭石、L17高鋁磚一層、L16高鋁磚一層。

第二種從窯壁向內保溫材料依次為：硅酸鋁耐火纖維氈4層、L17高鋁磚一層、L16高鋁磚一層(參數性能如圖1)。

說明：1.本圖為L16異型耐火磚尺寸，圖中單位為mm2.Al2O3不低于65%，Fe2O3不高于1.03%3.常溫耐壓強度不低于95 MPa4.耐火度不低于1 790 ℃5.0.2 MPa荷重軟化開始溫度不低于1 500 ℃6.重燒線變化-0.3%7.顯氣孔率不大于20%圖1 L16耐火磚尺寸及要求

說明：1.本圖為L17異型耐火磚尺寸，圖中單位為mm2.Al2O3不低于48%，Fe2O3不高于1.1%3.常溫耐壓強度不低于66 MPa4.耐火度不低于1 760 ℃5.0.2 MPa荷重軟化開始溫度不低于1 450 ℃6.重燒線變化-0.3%7.顯氣孔率不大于21%圖2 L17耐火磚尺寸及要求

1.2.2 兩種隔熱保溫形式結構組成對比分析

兩種保溫結構組成只有最外層保溫材料不同，其中高溫蛭石為散狀物料，具有較強流動性，當兩層耐火磚局部破損后，蛭石會從缺失空隙內逐漸流出，致使石灰窯隔熱保溫效果顯著下降，因此將蛭石改成隔熱性能更好的硅酸鋁耐火纖維氈，用專用膠水粘結在一起，可避免因局部耐火磚脫落而導致外層隔熱材料破損、缺失的現象，提高石灰窯的整體隔熱保溫效果，降低石灰窯燃料消耗。

1.3 砌筑技術要求

石灰窯的砌筑質量，直接關系到能否生產出優質的石灰，還關系到石灰窯的使用壽命和維護成本，好的砌筑質量，能夠最大限度地發揮爐窯能力。

砌筑時，上下相鄰兩層的立縫、內外層的橫、立磚縫均應錯開，錯開長度不得小于磚長度的三分之一，窯體煅燒帶耐火磚的橫縫及立縫寬度均不得超過2 mm，其他部位不超過3 mm，泥漿必須填充飽滿，不得有空洞，表面應勾縫，砌體垂直度誤差≤3 mm,全高≤15 mm,表面平整度≤5 mm，窯體按中心砌筑，砌體內表面橢圓度不應大于25 mm，砌筑體與外殼的尺寸偏差，靠增減硅酸鋁耐火纖維氈層厚度調節，以保證保溫層厚度，耐火磚砌至窯頂時，應按設計要求留出膨脹余量。

2 耐火磚脫落原因分析及技術改進

2.1 耐火磚脫落原因分析

耐火磚的脫落主要是因為內層耐火磚在各種因素的影響下過早的損壞，在內層耐火磚損壞到一定程度后，就會發生大區域的脫落。

1)砌筑質量不達標，導致石灰窯隔熱保溫材料過早損壞，嚴重縮短使用周期。

2)石灰窯頂部護窯板直接承受物料的沖擊，在物料的沖擊作用下，護窯板很快磨損失效，導致該區域耐火磚過早損壞。

3)耐火磚常溫耐壓強度低、體密小，耐磨性差，導致耐火磚過早的損壞。

4)煅燒區內層耐火磚承受較高溫度，在Ca2+作用下，該處耐火磚很容易發生堿性侵蝕，導致該處磚的綜合性能降低，使其過早損壞。

2.2 技術改進

在石灰窯安裝過程中，安排專業技術人員對砌筑質量進行全程跟蹤、檢查，同時我公司石灰窯隔熱保溫材料在結構、材質上不斷的進行改進和探索。

2.2.1 護窯板

在原有護窯板內側安裝沖擊帶，延長護窯板使用壽命，可以在一定程度上緩解對耐火磚的直接沖擊。

圖3 護窯板

2.2.2 隔熱保溫材料

石灰窯內層耐火磚直接與物料接觸，其各種理化指標相較于外層耐火磚都有較高的要求。我公司一直謀求、探索耐火磚的改進方案，初期是將內層耐火磚Al2O3含量由65%提高到70%，其常溫抗壓強度、體密等理化指標也相應提高，使煅燒區耐火磚的壽命得到了一定延長。

物料沖擊區耐火磚直接受物料的沖擊，該區域耐火磚的耐磨性及抗沖擊性的要求比較高，同時該區域為預熱區，溫度不高，因此該區域耐火磚荷重軟化溫度及耐火度的要求可以不做變化，可通過提高磚的常溫耐壓強度指標及體密指標，以提高磚的耐磨性及抗沖擊性。經過與專業技術廠家結合及外出考察，將該區域選用剛玉莫來石磚，作為內層耐火磚，剛玉莫來石磚比普通高鋁磚具有耐壓強度大、耐磨性好、耐侵蝕性好等優良特性。

表1 L16、剛玉莫來石耐火磚技術參數對照表

根據以上技術數據對比，我公司4#石灰窯于2016年5月進行單體大修，并將物料沖擊區內層耐火磚改為剛玉莫來石磚，通過檢查，目前物料沖擊區耐火磚無明顯磨損情況，達到了預期改進效果，今后將繼續推廣應用，同時研究不同煅燒部位，應用不同理化性能耐火磚的可行性，如煅燒區應用耐堿性侵蝕的鎂鋁磚等，提高石灰窯的熱效率及整體使用壽命。