RH爐耐火材料的使用現(xiàn)狀分析與創(chuàng)新

張新財 江群英 施永益 朱振華

摘要：目前，有色冶煉行業(yè)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(guān)于銅渣及其他有色渣對鎂鉻磚的侵蝕，不同學(xué)者從不同角度進行了分析。由于RH技術(shù)采用的噴吹氣體和供熱方式相較于傳統(tǒng)有色金屬火法冶煉工藝有較大區(qū)別，因此爐內(nèi)氣氛、壓力、溫度及攪動狀態(tài)均不同。關(guān)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(guān)鍵詞：RH爐;耐火材料;;使用現(xiàn)狀;創(chuàng)新

引言

熔鑄耐火材料是原料配料后經(jīng)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(nèi)部反應(yīng)完全、晶體發(fā)育完整、結(jié)構(gòu)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(yīng)用于玻璃行業(yè)，少量用于鋼鐵冶金、環(huán)?；さ?。

1發(fā)展隔熱耐火材料的意義

一般工業(yè)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(jié)逢、孔眼和爐門等密封不嚴(yán)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(yè)爐的種類及保溫隔熱耐火材料的利用有關(guān)，可高達產(chǎn)品單位能耗的10%～40%。對于連續(xù)運轉(zhuǎn)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(xù)運轉(zhuǎn)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(jù)爐體本身的各種指標(biāo)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(dǎo)熱系數(shù)、較小熱容量的輕質(zhì)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(yè)窯爐節(jié)能中的作用。由此可見，隔熱保溫材料是極具發(fā)展空間的高效節(jié)能材料。

2 RH爐耐火材料的使用現(xiàn)狀分析

與雙碳目標(biāo)、綠色發(fā)展、智慧制造、發(fā)展與安全等相關(guān)的系列政策將進一步驅(qū)動高溫工業(yè)科技創(chuàng)新，催生變革性高溫新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這將極大地推動耐火材料的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革。此外，材料全生命周期碳足跡的核算，低碳綠色標(biāo)準(zhǔn)的建立，將使耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，同時也將更充滿機遇和活力。但總體來講，隨著高溫工業(yè)碳達峰目標(biāo)實現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新，耐火材料發(fā)展總的趨勢是量降質(zhì)增。從雙碳目標(biāo)、低碳綠色高質(zhì)量發(fā)展角度看，我國耐火材料產(chǎn)業(yè)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(chǎn)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(zhì)材料占比較低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要進一步優(yōu)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(chuàng)新策略

3.1窯內(nèi)擋磚圈的設(shè)置注意事項

避開二擋托輪、避開大齒圈、上過渡帶等敏感區(qū)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(jīng)常發(fā)生扭曲、竄動，幾次工藝改進后，效果不明顯。后檢查發(fā)現(xiàn)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(shè)一道擋磚圈，后續(xù)窯磚再也沒有出現(xiàn)過扭動和竄動現(xiàn)象。

3.2澆注料

回轉(zhuǎn)窯多采用高鋁澆注料，高鋁耐火澆注料是以高鋁質(zhì)原料為骨料和粉料，加入結(jié)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(yīng)用于燒成系統(tǒng)的各不動設(shè)備的異形部位，頂蓋、直墻和下料管等，回轉(zhuǎn)窯前后窯口都采用耐火澆注料進行澆筑。根據(jù)抗高溫?zé)釕?yīng)力及機械應(yīng)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(wěn)定。

3.3拆磚后窯磚前后要焊接擋鐵

回轉(zhuǎn)窯檢修，耐火磚拆除后在翻動回轉(zhuǎn)窯前，環(huán)向上一定要焊接好擋鐵，如果要是長時間翻動回轉(zhuǎn)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(fā)生竄動。

3.4制備技術(shù)減碳化發(fā)展

開展含骨料復(fù)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(jié)構(gòu)功能化、輕量化、復(fù)雜形狀材料制備的關(guān)鍵共性技術(shù);研發(fā)定形制品成型新裝備，提高效率減少能耗;研發(fā)燒結(jié)新技術(shù)新裝備，如采用微波燒結(jié)技術(shù)、等離子燒結(jié)等新技術(shù);耐火材料制造流程的優(yōu)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(yīng)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(zhuǎn)窯運行過程中出現(xiàn)窯口磚扭曲、擠碎情況發(fā)生。窯口澆注料施工完畢后必須按規(guī)定預(yù)留一定膨脹縫，耐火材料的烘烤必須按照設(shè)計規(guī)范進行。

3.6做好減碳基礎(chǔ)設(shè)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(yè)碳排放核算與核查;核定行業(yè)碳排放總量;碳市場機制與碳管理;碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)低碳發(fā)展系列標(biāo)準(zhǔn)的制定等。這些均是提高用能效率、低碳綠色發(fā)展的基礎(chǔ)性工作，也是進入所服務(wù)行業(yè)的綠色通行證，對推動低碳技術(shù)發(fā)展和規(guī)范市場秩序具有主要作用。這些基礎(chǔ)工作都在聚焦一個“立”字，在實現(xiàn)耐火材料全生命周期的綠色化、促進高溫行業(yè)實現(xiàn)雙碳目標(biāo)中將發(fā)揮重要作用。

結(jié)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(jù)三種氧化物所含比例的大小分為鎂質(zhì)、硅質(zhì)和高鋁質(zhì)三種，在這個三元系統(tǒng)中有兩個耐火性能優(yōu)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(jié)合不斷進步的配料、成型和燒結(jié)工藝，生產(chǎn)出了尖晶石類和莫來石類適合新型干法回轉(zhuǎn)窯使用的耐火材料，供回轉(zhuǎn)窯各帶選用的耐火磚的種類越來越多。

參考文獻

[1]一種輕質(zhì)高強氧化鋁空心球制品的制備方法[J].無機鹽工業(yè)，2019，51（10）：98.

[2]耐火材料與石灰工程[J].耐火與石灰，2019，44（05）：62.

[3]錢凡，段雪珂，楊文剛，劉國齊，李紅霞.鎂鉻耐火材料及高溫裝備綠色化應(yīng)用研究進展[J].材料導(dǎo)報，2019，33（23）：3882-3891.