工业窑炉衬里结构及耐火材料的优化配置

发布时间：2016/12/24 9:12:43

　　工业窑炉需要有衬里材料为其运行保驾护航。为保证衬里材料更好地服务于各种窑炉设备，对耐火材料进行了一系列的优化配置，以达到窑炉衬里长寿的预期目的。

　　1.衬里结构设计的重要性

　　耐火材料是高温应用技术的基础，衬里材料的好坏对整个工程能否顺利投产，起着举足轻重的作用。因此，结合衬里材料性能与相关工艺进行设计尤为重要。也就是说，既要工艺完整，又要材料配置合理。

　　2.高性能的衬里材料

　　衬里材料在使用过程中，不可避免要遭受环境温度变化的作用，如：烘炉、升温及操作过程中的温度变动、蒸汽吹扫、开停车温度升降等。使用时操作平稳，避免急冷急热对衬里造成破坏，提高材料热震稳定性能，将有利于延长衬里使用寿命。衬里是在高温环境下使用的，在高温状态下要热膨胀，并因此受到挤压而产生热应力。当衬里的内部应力超过其本身强度时，就要产生剥落损毁等。针对使用工况的特殊性与苛刻性，对衬里材料的性能提出了更高的要求。目前在衬里性能方面的优化配置主要体现

　　在以下几个方面：

　　①自流浇注料。自流浇注料是一种集优良的流动性、密实性、稳定性于一体的新兴高科技材料，被称为第四代浇注料。只依靠材料的自重可以达到自动摊平、脱气、密实，形成结构性能均一的衬体。具有无须振动或稍加外力辅助振动即可成型、无噪音污染、劳动强度低、缩短工作周期、衬体结构和性能均匀、衬体性能和试块性能的可比性强等特点，可使用在滑阀、锥段等变径施工不易部位。目前，自流型高铝浇注料已成功用于催化裂化新建装置的三旋烟道锥段部分，以其优异的施工性能，获得了厂方及施工方的一致好评，填补了国内短板。

　　②高冲刷部位高耐磨衬里材料。磷酸盐结合高耐磨衬里材料克服了传统双组分磷酸盐结合高耐磨衬里材料的缺点，具有生产供货周期短、使用方便、施工性能优良、温度敏感性低、不鼓胀、凝结时间可调、物理力学性能优良等特点。同时，应各用户和使用环境要求，替代磷酸盐结合高耐磨衬里的水硬性高耐磨材料具有更加优良的物理力学性能和更方便的施工性能。

　　③热工窑炉用耐热材料。没有介质冲刷，操作温度高，要求衬里材料具有良好的隔热性能。目前，常用的陶粒、膨胀珍珠岩耐火度低，不能适应高温环境，我们通过扩展耐火原料，采用部分高档合成原料，开发出一系列适应各类热工窑炉各温度段的耐热衬里。该类产品具有导热系数小、线变化率低、施工性能好等特点。

　　④催化裂化装置用隔热耐磨衬里。催化裂化是重油轻质化重要的二次加工手段，是各炼油厂的核心装置，它属于高温、高压装置，内件多且形状复杂，存在流化催化剂的高速冲刷，所以需采用不定形耐火材料在金属器壁内作隔热耐磨衬里。

　　⑤低铁型隔热耐磨衬里。耐火材料气孔中沉积的炭黑引起内应力，损毁决定于炭黑的局部浓度。该浓度受铁夹杂物的分布及力度大小的影响。针对此类侵蚀，通过引进新原料及人工合成新原料，开发出了一系列低铁隔热耐磨衬里系列，满足有特殊要求的催化裂化衬里设计，取得了不错的效果和良好的业绩。耐高温系列单层衬里材料采用高品质人工合成轻质莫来石熟料作为骨料，纯铝酸盐水泥作为结合剂，引入高效外加剂而配制成散装耐火材料。这种耐火材料经过精料、精配后，能达到自反应、自烧结和自膨胀，成型烘烤后可直接使用，能节约大量能源。该材料现场加合适的液体调配即可施工，施工机具少、能任意造型，采用独特配方，将轻质、耐高温、隔热、耐磨、低铁等普通耐火材料不能具备的性能齐聚一身。

　　⑥环境适应性技术。环境适应性技术是指不定形耐火材料通过引入复合外加剂，能在施工条件恶劣的低温环境和高温环境下正常施工，这种能够适应各种环境温度施工的材料技术，是环境适应性技术。高温环境指高于35℃的施工环境，一般结合剂铝酸盐水泥属快硬物质，高温环境会加速水泥水化的进程，产生大量的水化热，水化热的产生促进了水泥结构强度的增长，使衬里材料迅速硬化，失去施工性能；低温环境指低于10℃的施工环境，在低温环境下，水泥水化反应减慢，甚至因为温度过低而导致材料无法硬化。

　　针对此种情况，通过高温试验室的大批量模拟试验，掌握高温缓凝技术，能够使材料在50℃环境温度下，施工时间从30分钟延长至两小时不等，并能满足物理力学性能；而在低温试验中，在5℃环境温度下，仍可保证材料在3小时内硬化、8小时内脱模。

　　3.高质量的衬里施工、养护和烘干

　　随着衬里材料性能的发展，材料性能对加水量、搅拌分散、养护等因素更敏感，对施工技术提出了更高要求。此外，衬里的养护和烘烤对衬里能够达到理想状态是非常重要的。实际设备烘炉时，都是各个设备串联在一起，由于各个设备离热源的远近不同，升温快慢不一，应充分考虑设备及管道的各个部位，可延长烘炉时间，使衬里各部位达到或接近热处理要求。从使用上看，升温越慢，保温越长、水分烘得越透越好。

　　综上所述，通过对衬里结构及衬里材料的优化配置，可以更好地达到提高使用寿命、辅助各类热工窑炉长久、稳定运行的目的。为保证衬里材料的高性能及稳定性，材料生产厂家应注意“原料是质量隐患的源头，稳定是原料的01选择”，生产过程尽量减少不可控因素，实现自动化、机械化、管控一体化生产；每一道工序都应有具体的质量标准和工艺规程，并要保证设备处于正常状态；检测设备要规范，尽量与国家检测机构的检测设备一致。