RH爐耐火材料的使用現狀分析與創新

張新財 江群英 施永益 朱振華

摘要：目前，有色冶煉行業用耐火材料主要為鎂鉻磚，因其具有良好的抗不同堿度渣侵蝕性能，可用于熔煉、吹煉和精煉等工段。關于銅渣及其他有色渣對鎂鉻磚的侵蝕，不同學者從不同角度進行了分析。由于RH技術采用的噴吹氣體和供熱方式相較于傳統有色金屬火法冶煉工藝有較大區別，因此爐內氣氛、壓力、溫度及攪動狀態均不同。關于該工藝條件下爐渣對鎂鉻磚的侵蝕機理研究較少，本文以擴大實驗用RH爐耐火磚殘磚為研究。

關鍵詞：RH爐;耐火材料;;使用現狀;創新

引言

熔鑄耐火材料是原料配料后經三相電弧爐熔融后澆鑄、由高溫熔體冷卻析晶而制成的。熔鑄耐火材料具有內部反應完全、晶體發育完整、結構致密、氣孔率低、強度高的特點，但其耐熱沖擊性差。熔鑄耐火材料多應用于玻璃行業，少量用于鋼鐵冶金、環保化工等。

1發展隔熱耐火材料的意義

一般工業爐的熱損失主要包括：爐體表面各部位散失的熱量;爐體的蓄熱損失;水冷損失的熱量;結逢、孔眼和爐門等密封不嚴的部位泄漏損失的熱量;排煙代走的廢熱損失。爐體的表面熱損失與工業爐的種類及保溫隔熱耐火材料的利用有關，可高達產品單位能耗的10%～40%。對于連續運轉的窯爐，一般情況下，因其運行很長時間才需要進行維護，蓄熱損失并不重要;但對于不持續運轉的窯爐，選擇的材料不合理就會造成很大的熱損失，損失量依據爐體本身的各種指標而定，一般可高達5%～25%。為了降低爐體的熱損失，可以充分利用低導熱系數、較小熱容量的輕質耐火材料，尤其推薦使用新的耐火纖維材料，這樣可達到降低能源消耗的效果。表5為隔熱耐火材料在工業窯爐節能中的作用。由此可見，隔熱保溫材料是極具發展空間的高效節能材料。

2 RH爐耐火材料的使用現狀分析

與雙碳目標、綠色發展、智慧制造、發展與安全等相關的系列政策將進一步驅動高溫工業科技創新，催生變革性高溫新技術不斷涌現，這將極大地推動耐火材料的科技創新和產業變革。此外，材料全生命周期碳足跡的核算，低碳綠色標準的建立，將使耐火材料產業發展面臨巨大挑戰，同時也將更充滿機遇和活力。但總體來講，隨著高溫工業碳達峰目標實現和技術創新，耐火材料發展總的趨勢是量降質增。從雙碳目標、低碳綠色高質量發展角度看，我國耐火材料產業存在著一些突出的問題。首先是耐火原料出口多，我國耐火原料出口在世界占比高，各品級鎂砂、碳化硅、棕剛玉、白剛玉等碳排放量很高;我國耐火材料產量第一，其中不定形耐火材料占比低，高能耗的普通硅磚出口量大，綠色高品質材料占比較低，產品結構需要進一步優化;耐火材料制造以天然氣等化石能源為主，碳排放高;耐火材料制造過程能效與余熱廢熱利用率需要進一步提高;用后耐火材料再資源化利用率需要進一步提高。

3 RH爐耐火材料的使用創新策略

3.1窯內擋磚圈的設置注意事項

避開二擋托輪、避開大齒圈、上過渡帶等敏感區域。建議分段焊接。焊接前必須打好坡口，盡量機械加工。焊接時要均衡焊接，不可以在一點開始順序焊接。某公司二線，原來其46m位置的磚經常發生扭曲、竄動，幾次工藝改進后，效果不明顯。后檢查發現其第一道擋磚圈在窯口，第二道擋磚圈在46.3m處，距離過大，在36m處又增設一道擋磚圈，后續窯磚再也沒有出現過扭動和竄動現象。

3.2澆注料

回轉窯多采用高鋁澆注料，高鋁耐火澆注料是以高鋁質原料為骨料和粉料，加入結合劑制成的耐火澆注料。高鋁耐火澆注料具有較高的機械強度和良好的抗熱震、抗磨蝕等性能。澆注料以其使用簡單，砌筑方便而廣泛應用于燒成系統的各不動設備的異形部位，頂蓋、直墻和下料管等，回轉窯前后窯口都采用耐火澆注料進行澆筑。根據抗高溫熱應力及機械應力的不同耐火澆注料含Al2O3從45%到95%，澆注料的施工方式有震搗、自流及噴射方式等，澆注料整體牢固，運行穩定。

3.3拆磚后窯磚前后要焊接擋鐵

回轉窯檢修，耐火磚拆除后在翻動回轉窯前，環向上一定要焊接好擋鐵，如果要是長時間翻動回轉窯，就需要在窯口方向和窯尾方向都要焊接擋鐵，尤其是在分段換磚的時候，防止窯磚發生竄動。

3.4制備技術減碳化發展

開展含骨料復雜形狀耐火材料均勻成型研究及近終形制備，以解決耐火材料結構功能化、輕量化、復雜形狀材料制備的關鍵共性技術;研發定形制品成型新裝備，提高效率減少能耗;研發燒結新技術新裝備，如采用微波燒結技術、等離子燒結等新技術;耐火材料制造流程的優化，減少工序能耗及工序界面熱損，推進智慧制造。

3.5窯口耐火材料施工

更換窯口耐火材料時，應先砌筑窯口專用磚，再進行窯口澆注料施工，防止窯口磚與窯口澆筑料砌磚過程中有縫隙，回轉窯運行過程中出現窯口磚扭曲、擠碎情況發生。窯口澆注料施工完畢后必須按規定預留一定膨脹縫，耐火材料的烘烤必須按照設計規范進行。

3.6做好減碳基礎設施研究

耐火材料生命周期評估（LCA）法、碳足跡噸CO2排放的計算;企業碳排放核算與核查;核定行業碳排放總量;碳市場機制與碳管理;碳排放核算標準等行業低碳發展系列標準的制定等。這些均是提高用能效率、低碳綠色發展的基礎性工作，也是進入所服務行業的綠色通行證，對推動低碳技術發展和規范市場秩序具有主要作用。這些基礎工作都在聚焦一個“立”字，在實現耐火材料全生命周期的綠色化、促進高溫行業實現雙碳目標中將發揮重要作用。

結束語

目前水泥窯用耐火材料基本仍離不開MgO-Al2O3 -SiO2三元相圖所界定的范圍，根據三種氧化物所含比例的大小分為鎂質、硅質和高鋁質三種，在這個三元系統中有兩個耐火性能優良的二元化合物分別是莫來石3Al2O3·2SiO2（A3S2）和尖晶石（MA），充分利用這兩個化合物，結合不斷進步的配料、成型和燒結工藝，生產出了尖晶石類和莫來石類適合新型干法回轉窯使用的耐火材料，供回轉窯各帶選用的耐火磚的種類越來越多。

參考文獻

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