Конфигурация и ход применения аморфных огнеупорных материалов в новых цементных печах сухого способа обжига

Различные компоненты цементных печей с различными техническими характеристиками предъявляют различные требования к огнеупорным материалам. При проектировании и подборе необходимо выбирать огнеупорные материалы, соответствующие этим требованиям. Кроме того, различия в сырье, качестве топлива, состоянии оборудования, условиях эксплуатации и т. д., используемые различными производителями цемента, объективно влекут за собой несколько различающиеся требования к эксплуатационным характеристикам огнеупорных материалов. Далее рассматриваются основные проблемы, связанные с использованием аморфных огнеупорных материалов (в основном бетонов) в новых цементных печах сухого способа обжига, и их текущая обоснованная конфигурация в новых цементных печах сухого способа обжига.

Применение и существующие проблемы аморфных огнеупорных материалов в цементных системах

1.1 Передняя и задняя горловины вращающихся печей

Большинство огнеупорных материалов, используемых в передней и задней горловинах вращающихся печей, в настоящее время проектируются как бетоны, особенно огнеупорные материалы передней горловины. Помимо того, что они выдерживают высокие температуры свыше 1400 °C, они также подвержены повреждениям, вызванным механическими и термическими воздействиями, а также химическим воздействием серы, хлора и щелочей в процессе эксплуатации. В настоящее время наиболее распространенными проблемами являются: нестойкость огнеупорных материалов к износу, эрозии, легкое отслоение и короткий срок службы. Срок службы огнеупорных материалов в передней и задней горловинах печи обычно составляет от 4 до 8 месяцев.

1.2 Труба для вдувания угля (горелка цементной печи)

Бетоны для труб для вдувания угля, помимо высокой температуры 1400 °C в рабочей среде, должны выдерживать циклические перепады температур и размывание пылевоздушным потоком. Проблема заключается в частой смене рабочей температуры и большом перепаде температур. Огнеупорная футеровка на расстоянии 1 м перед трубой подачи угля склонна к коксованию и отслоению, особенно в нижней части передней части, к коксованию и образованию сернистых отложений, образующих отслоения, напоминающие рыбью чешую. Срок её службы невелик, обычно составляет от 3 до 7 месяцев.

1.3 Крышка головки печи

Бетонные материалы для крышки головки печи включают верхнюю и нижнюю боковые стенки крышки головки печи; верхняя часть крышки головки печи в основном подвергается воздействию высокотемпературного пылевоздушного потока; боковые стенки крышки головки печи должны выдерживать не только воздействие высокотемпературной пыли, но и износ цементного клинкера. Проблема заключается в сложности конструкции, которая легко разрушается, если обжиг не был выполнен после строительства, а срок службы невелик, обычно составляет от 6 до 12 месяцев.

1.4 Колосниковый охладитель и низкая стенка

Бетонные материалы для колосникового охладителя включают верхнюю и боковые стенки первой ступени колосникового охладителя, а также верхнюю и боковые стенки второй ступени колосникового охладителя.

Верхняя часть первой ступени колосникового охладителя подвергается интенсивному тепловому излучению от цементного клинкера и тепловой конвекции от воздуха, а рабочая температура часто меняется, что приводит к сильному тепловому удару; низкие стенки по обе стороны первой ступени колосникового охладителя подвержены длительному износу от высокотемпературного клинкера, а также повреждениям, вызванным термическими и механическими нагрузками; температура второй ступени колосникового охладителя относительно ниже, чем температура первой ступени. Проблема заключается в сложности конструкции, которая легко разрушается, если обжиг не был выполнен после строительства, а износ сильный, а срок службы короткий, обычно от 6 до 12 месяцев.

1.5 Система разложения вне печи

Система разложения вне печи в основном включает в себя циклоны с количеством ярусов от 1 до 5, питающие трубы, конусы печи разложения и дымовые камеры. Циклон в основном подвержен постоянному испарению и конденсации вредных компонентов, таких как щёлочь, хлор и сера, содержащихся в цементном сырье. Эти компоненты многократно циркулируют и постоянно обогащаются, вызывая сильную химическую эрозию огнеупорных бетонов и образование щелочных трещин. Разгрузочная труба, конус печи разложения и дымовая камера в основном подвержены воздействию обжига низкосортного сырья, бытовых отходов и низкокачественного угольного порошка в процессе производства цемента, что приводит к накоплению вредных веществ, таких как хлор, сера и щёлочь, во всей системе печи. Конусы циклонов 4-го и 5-го уровней, разгрузочные трубы 4-го и 5-го уровней, конусы печей разложения и дымовые камеры подвержены образованию корки, что приводит к частому использованию воздушных и водяных пушек, что не только опасно, но и влияет на нормальный ход процесса и снижает производительность системы цементной печи.

1.6 Трехходовой затвор и колено воздуховода

Температура третичного воздуха, содержащего пыль, в третичном воздуховоде составляет 800–1000 °C, а скорость ветра — около 25 м/с. Огнеупорная футеровка колен третичного воздуховода, затворов третичного воздуховода и других его частей, покрытых клинкером, легко отваливается или даже разрушается. Минимальный срок службы составляет всего 3–4 месяца, а максимальный — около 6 месяцев. После износа огнеупорной футеровки затвора или колена третичного воздуховода затвор и колено третичного воздуховода будут полностью изношены, и печь придется остановить для замены. В связи с проблемами, связанными с огнеупорными материалами, в новой линии по производству цемента сухим способом, упомянутыми выше, в данной статье рекомендуется следующая конфигурация аморфных огнеупорных материалов, используемых в различных частях крупных и средних линий по производству цемента сухим способом.

2.1 Огнеупоры для горловины печи

В соответствии с эксплуатационными характеристиками горловины печи рекомендуется использовать термостойкие низкорасширяющиеся андалузитовые огнеупоры JD-80AS для горловины печи производительностью 5000 т/сутки и менее; высокоэффективные износостойкие андалузитовые огнеупоры JD-85AS для горловины печи производительностью 5000 т/сутки и более; износостойкие корундомуллитовые огнеупоры JD-75M для задней горловины печи; этот тип продукции обладает отличной износостойкостью, щелочестойкостью и коррозионной стойкостью, а также хорошей термостойкостью и устойчивостью к растрескиванию.

2.2 Бетон для угольных инжекторов

Поскольку температура угольных инжекторов часто меняется, а перепад температур велик, передняя часть подвержена растрескиванию и отслоению, особенно нижняя часть, подверженная коксованию и отложению серы. Рекомендуется использовать термостойкий андалузитовый бетон с низким коэффициентом расширения JD-80AS для угольных инжекторов производительностью 5000 т/сутки и менее; высокоэффективный андалузитовый бетон с износостойкостью JD-85AS производительностью 5000 т/сутки и более. Этот тип продукции обладает отличной термостойкостью и хорошей эрозионной стойкостью.

2.3 Огнеупорные материалы для колпака печи

Поскольку верхняя часть колпака печи в основном подвергается эрозии под воздействием высокотемпературного пылевого потока, боковая стенка колпака печи должна выдерживать не только эрозию, вызываемую высокотемпературной пылью, но и износ цементного клинкера. Если его не обжечь на месте после строительства, он легко может разрушиться. В зависимости от эксплуатационных характеристик данной детали рекомендуется использовать корундомуллитовый износостойкий бетон JD-75M, обладающий хорошей объемной стабильностью при высоких температурах, хорошими противорастекающими свойствами и относительной износостойкостью.

2.4 Огнеупорные материалы для колосниковых холодильников и низких стенок

В зависимости от температурных и эксплуатационных характеристик верхней и боковых стенок первой ступени колосникового холодильника, а также верхней и боковых стенок второй ступени колосникового холодильника, в высокотемпературной зоне первой ступени может быть использован муллитовый износостойкий бетон JD-M20-65, а во второй ступени колосникового холодильника – износостойкий бетон JD-16F с высоким содержанием алюминия. Для низких стенок колосникового холодильника можно использовать низкостенный бетон JD-M20-70 или специальный износостойкий сборный кирпич JDY-M70. В частности, специальные износостойкие сборные кирпичи для низких стен отличаются простотой кладки, долговечностью и быстрой заменой, поэтому их применение следует активно продвигать.

2.5 Огнеупорные материалы для системы разложения вне печи

В связи с высокой концентрацией вредных компонентов, таких как щелочь, сера и хлор, в системе разложения вне печи, а также с лёгким образованием корки на конусах 4-го и 5-го циклонов, 4-го и 5-го питающих труб, конусе печи разложения и дымовой камере, рекомендуется использовать высокопрочные щелочестойкие бетоны JD-13NL для 1-го, 2-го и 3-го уровней подогревателя; высокопрочные алюминиевые бетоны JD-16 для 4-го и 5-го уровней подогревателя, печи разложения и прямого участка воздуховода третичного воздуха; бетоны на основе карбида кремния, противоосадочные, для коптильной камеры и подающей трубы; кроме того, коптильную камеру можно построить из специальных износостойких сборных кирпичей для коптильной камеры.

2.6 Огнеупорные материалы для колен третичных воздуховодов и клапанов третичного воздуха

Учитывая характеристики колен третичных воздуховодов и высокоскоростных потоков пылесодержащих жидкостей в третичных воздуховодах, для колен третичных воздуховодов могут быть использованы высокоизносостойкие и коррозионностойкие литые бетоны JD-17MF; для третичных воздуховодов могут быть использованы готовые затворы. Этот материал отливается и обжигается непосредственно перед отправкой с завода и может быть установлен и использован непосредственно после отправки с завода. Преимуществами являются удобство подъема и эксплуатации, а также длительный срок службы.

Кроме того, при проведении аварийных ремонтных работ на цементных заводах могут использоваться огнеупорные напыляемые покрытия, которые обладают преимуществами безформенной конструкции, высокой эффективностью напыляемого покрытия и хорошими взрывозащитными характеристиками. Огнеупорные покрытия JD-PT-M45, наносимые методом напыления, могут использоваться для подогревателей, печей разложения, колпаков печей, воздуховодов третичного воздуха, колосниковых охладителей и других деталей; огнеупорные покрытия JD-PT-50S, препятствующие образованию окалины, могут использоваться для дымовых камер и печей разложения.

Меры предосторожности при изготовлении аморфных огнеупорных материалов

За исключением небольшого числа сборных кирпичей, таких как износостойкие быстросъемные сборные кирпичи для низких стен и специальные износостойкие сборные кирпичи для дымовых камер, которые можно собирать и укладывать непосредственно на месте, а также напыляемых материалов, которые можно наносить методом напыления непосредственно на месте, остальные аморфные огнеупорные материалы, используемые в цементных печах, в основном представляют собой огнеупорные бетоны, представляющие собой сыпучие материалы, которые необходимо формовать и формовать на месте производства. Кроме того, количество добавляемой воды и время изготовления каждого типа материала различаются. Методы заливки и виброуплотнения на разных строительных площадках также различаются. Качество бетонирования напрямую и существенно влияет на срок службы последующих бетонных смесей7. Поэтому при изготовлении бетонных смесей необходимо строго соблюдать технологию производства и систему обжига, указанные производителем, для обеспечения их долговечности. Основные требования к бетонированию следующие:

(1) Количество воды, добавляемой при перемешивании бетонной смеси, должно соответствовать строительным требованиям. Чем меньше воды добавляется, тем выше общие эксплуатационные характеристики; перемешанная смесь должна быть израсходована в течение 30 минут, а огнеупорный материал, прореагировавший и предварительно затвердевший, использовать нельзя.

(2) Для перемешивания бетонных смесей следует использовать принудительный смеситель. Перед использованием его следует тщательно очистить, чтобы убедиться в его чистоте. Во время перемешивания заполнитель, порошок и связующее должны быть равномерно перемешаны, затем следует добавить около 80% чистой воды. Оставшуюся воду следует добавлять до достижения необходимой текучести.

(3) Огнеупорный бетон, залитый в опалубку, следует равномерно вибрировать. Не следует вибрировать бетон в одном и том же положении в течение длительного времени, чтобы избежать расслоения материала. Не прикасайтесь к металлическим деталям крепления и лёгкому изоляционному слою. После того, как поверхность бетона станет жидкой, а количество пузырьков уменьшится, вибрирующий стержень следует медленно извлечь, чтобы предотвратить расслоение и образование отверстий в слое бетона.

(4) При заливке больших объёмов бетон следует укладывать блоками, площадь каждого блока должна составлять 1,5 м². Деформационные швы следует предусмотреть в соответствии с требованиями проектировщика и не допускать их отсутствия.

(5) После затвердевания поверхности бетонной футеровки прочность должна быть более 70%, прежде чем можно будет снять форму.

(6) После снятия опалубки бетонную футеровку следует систематически осматривать как можно скорее. При обнаружении проблем с качеством, таких как отслоение, отверстия и пористость, для продолжения ремонта, виброуплотнения и отверждения можно использовать ту же марку бетона. Поверхность литой футеровки должна быть гладкой и аккуратной, без раковин.

Заключение

Новая система цементных печей, работающих по сухому способу, обладает преимуществами, которых не могут сравниться ни цементные печи, работающие по мокрому способу, ни традиционные цементные печи, работающие по сухому способу. Выбор аморфных огнеупорных материалов также отличается от других типов цементных печей; каждое предприятие может оптимизировать конфигурацию аморфных огнеупорных материалов в соответствии с фактическими характеристиками своего оборудования, топлива и сырья, а также строго следовать рекомендациям производителя огнеупоров для обеспечения ожидаемого срока службы, тем самым сокращая количество остановок печи и время на техническое обслуживание, повышая производительность системы и достигая цели: стабильного производства, высокой производительности и низкого энергопотребления.