第一部分          

　　圣奧公司現代機立窯節能型襯里技術與實踐          

　　機立窯水泥企業是中國水泥工業的特色，隨著國家產業政策的調整，環保執法的力度加大，以及ISO新標準的實施，對立窯企業將是一個嚴竣的挑戰，因此立窯企業只有加大科技投入力度，依靠合理的生產工藝、先進的生產設備、科學的管理方法，徹底的粉塵治理，才能夠以低成本的投入，實現優質、高產低消耗（即各種生產指標、經濟效益）達到現代化的水泥生產要求，立窯企業才有生存空間。          

　　機立窯是我國建材工業中大量消耗能源的窯爐之一，節約能源顯得十分重要。十幾年來隨著機械化立窯的不斷發展，對優質耐火材料的需求也日益迫切，這種市場需求，有力地促進了我所在耐火材料方面的研究更進一步，并向優質高效、多品種、系列化發展，在提高質量、發展品種方面又取得了一定的成績。至今在全國400多機立窯廠家使用實踐表明，可降熱耗15—20%，且改善操作工況，為高產優質創造良好的條件。          

第一章：立窯窯襯的作用及機理          

一.   窯襯的作用          

1.保護筒體          

　　立窯是一個高溫煅燒設備，料球在燒成帶的煅燒溫度達到1450℃，然而立窯筒體只是一個用一厘米厚的鋼板卷制成的外殼，必須要求具有一定強度和密封性能的窯襯材料來保護它，共同承擔來自窯內物料和氣體的高溫、高壓、腐蝕、磨損作用，以完成物料在窯內的一系列物理化學變化過程。          

2.減少熱損失          

　　每生產一噸熟料，需要消耗發熱量為5500×4.18KJ/kg的實物煤146～200公斤，這其中真正用于熟料煅燒的用煤約80公斤，即：理論熱耗僅占51%；另外，蒸發料球水分的熱耗占15.8%、熟料帶走6.5%、煙氣帶走5.2%，其余22.55%為包括“窯壁散熱”在內的各種熱損失。因此，窯襯材料的隔熱保溫對于立窯煅燒節能十分重要。         

3.穩定熱工制度         

　　在立窯內，物料主要依靠自重作垂直向下運動，相互之間交叉換位較少，造成料球受熱不均；加上窯體結構帶來的先天不足，如：“邊風過剩、中心通風不良”及窯壁散熱損失等原因，使中部需要熱量少、邊部需要熱量多，在立窯的同一斷面上，煅燒所需要的熱量是不一樣的，一般情況下，邊部比中部多需要（300～500）×4.18KJ/kg，這給生產工藝及煅燒操作帶來難度。從傳熱角度考慮，優化窯襯材料、強化隔熱保溫效果、減少窯壁散熱損失，是均衡立窯斷面熱力強度、穩定熱工制度的最佳選擇。         

4．改善立窯煅燒狀態         

　　窯體內壁的形狀由窯襯材料砌筑所決定，它直接影響著窯內風、料、煤的動態三平衡。上部預燒帶的喇叭口角度、下部冷卻帶的倒喇叭口和倒階梯形式，對控制立窯煅燒過程中的加料速度、上火速度、卸料速度三平衡至關重要。它不僅引導邊風向窯中心移動、強化中心通風，而且在冷卻帶逐步擴大物料之間的空隙率，減小通風阻力、預熱底風、改善熟料質量；近年來研制的新型節能窯襯材料，配套合理、熱阻增大，還可以適當減薄立窯襯里厚度，在窯體規格不變的情況下，擴大窯內有效容積，提高單機生產能力及熟料臺時產量。         

一.   立窯對窯襯材料的要求         

　　常用的窯襯材料實際上是由三部分組成：耐火材料、隔熱保溫材料和膠結材料。         

1.耐火材料         

　　①抗高溫熱力損失：耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料及制品稱之為耐火材料。在窯內高溫作用下，不軟化、不溶化；在正常或不正常的情況下，都能保持一定的結構強度和體積密度的穩定性。這種耐火材料砌筑的窯體襯里，才能維持正常的操作和生產。         

　　②抗酸堿化學侵蝕：物料在窯內的煅燒過程，要經過一系列各種復雜的物理化學反應，不同部位產生的酸性氣體或堿性熔渣都會侵蝕窯襯。尤其是燒成帶，反應物料在高溫下出現液相，對耐火材料的化學侵蝕作用更為強烈。因此要求材料不能參與化學反應，不出現粘料現象。         

　　③抗物料運動磨損：立窯煅燒過程中，物料從由上到下、從低溫到高溫、再到低溫不停地運動。窯體內壁的襯里始終經受著物料的運動磨損，尤其是煅燒后形成的熟料磨琢性較強，對襯里的磨損更為嚴重。因此，砌筑在窯體內壁的耐火材料必須具備較強的抗磨能力。         

　　④規范的外形尺寸：耐火材料的砌筑質量對立窯煅燒過程有著重要影響。立窯內壁不圓，煅燒時容易引起“偏火”現象；磚面不平、接觸不緊密，在窯內底火位置不穩定時，由于熱震現象會發生襯里松動，降低使用壽命和窯體熱損失增加等等。因此，耐火磚的形狀和外形尺寸一定要規范和準確，這是保證砌筑質量最基本的條件。          

SA-75高強耐磨磚    100mm          

SA-75 high-strength abrasion-resistant bricks   

　　　本產品采用多種規格的高鋁熟料，并加入復合鋁系超微粉和納米級的硅微粉，使成品磚中氧化鋁的含量達到75%以上，進一步提高了產品的抗侵蝕能力，延長了耐磨磚的使用壽命，使用時間達到一年以上，最高可達兩年。

2.隔熱保溫材料        

　　①導熱系數小：傳遞熱量能力大小的物理量稱之為導熱系數。金屬導熱系數大于非金屬、液體導熱系數大于氣體；數值越大，傳熱能力越強，反過來說：隔熱能力越差。在固體材料中，一般把導熱系數最小的（≤0.22W/m·℃）非金屬材料稱之為隔熱材料。這些材料氣孔多、分布均勻、容積密度小，隔熱保溫性能好。        

　　②熱穩定性好：隔熱材料的使用溫度低于耐火材料，一般在1100℃以下。在使用溫度范圍內，要求長期工作不變質、不損壞、不腐蝕立窯筒體；材料中可燃物、有機物、含水量極少。        

　　③具有一定的強度和可塑性：隔熱保溫層一般設置在耐火磚與筒體之間，需要滿足施工要求，并能承受一定的外力作用；除隔熱保溫制品之外，在其余空間還要用不定型的澆注料，來膠結成一個保溫的整體。        

（1）SA-FB復合磚    120mm        

SA-FB composite brick

　　本產品無毒、無害、無污染、無刺激、防水、不可燃。容量輕，導熱系數小，保溫絕熱性能良好，物理性能穩定，不老化，施工快捷，可隨意彎曲裁剪。也是大型機立窯的必需材料。    

（2）SA-QZ多孔保溫磚    180mm      

SA-QZ porous insulating bricks    

　　本產品是采用輕質骨料和耐火粉料混合制作，具有多孔結構的保溫磚，導熱系數降低到小于等于0.4 W/（m.k），筒體高溫帶外部的溫度小于等于45℃，保溫性能更好，熱能損失更少，節省了能源。因而達到整體密實的保溫效果。   

（3）SA-135高強高溫澆注料    220mm    

SA-135 high-strength and high-temperature castable    

　　 本產品常溫、中溫強度高，具有很高的抗高溫氣流沖刷及耐磨損性能，熱震穩定性好，高溫體積微膨脹，有效保證窯爐襯底的氣密性。  

（4）SA-QZ陶粒隔熱磚    300mm  

SA-QZ ceramic grain insulating brick   300mm 

　　　本產品由輕質粘土陶粒，經高溫燒制而成，具有輕質、隔熱、隔音、高強、導熱系數低、耐火、耐腐蝕、耐磨和抗震性好的特點。

3.膠結材料

　　在砌筑耐火磚和保溫磚的時候，需要化學成分與物理性能與磚接近的結合劑，來填充磚縫、使襯里形成一個嚴密的整體，這就是膠結材料。俗稱：耐火泥（或稱火泥）。它是由粉狀耐火物料和結合劑組成的一種不定形耐火材料。按火泥的材質可分為粘土質，高鋁質，硅質和鎂質火泥，其粒度根據使用要求常控制在1毫米以下。選用時，除注意必須與所砌材料性質一致（或相當）之外，還要求它必須具備粘結力強、施工性能好、耐酸堿腐蝕、耐沖刷磨損和必要的耐火度；同時，不能因干燥和燒成引起的膨脹或收縮而造成磚縫開裂。

MF－170涂料（抹面料）

MF-170 coating material

第二章：立窯襯里節能技術的優化進程—新型窯襯材料的發展

　　立窯襯里材料的配套選用和砌筑質量，直接影響到立窯煅燒的產、質量，以及能耗和安全生產，這一點早已被人們所共識。上個世紀，立窯一直是我國水泥生產的主體，從70年代起，國家曾經投入一定數量的人力、物力和資金，進行了一系列的科學研究和工業試驗。提出了一些辦法和措施，并在生產中也曾經取得過一定的效果，但應用周期不長。主要原因之一是：“生產工藝變化較多、材料質量改進不足”。

　　九十年代后期，國、內外材料科學研究水平的提高，尤其是冶金行業的技術進步，促進了耐火材料行業的高速發展。許多新型耐火材料、隔熱保溫材料相繼出現，其品質指標、使用性能，都上升到一個新的臺階。它帶動了水泥行業的窯襯材料應用技術研究，相關部門也自動地由單一的熟料煅燒工藝研究，轉變為襯里材料的品質、性能、配套、優化研究。

　　磷酸鹽結合高鋁質耐火磚簡稱為：磷酸鹽磚。目前被公認為是水泥窯爐優質耐火、耐磨襯里之一。磷酸鹽磚近于中性磚，無論是在氧化氣氛、還是還原氣氛，都不會影響使用強度。在1500℃以下，磷酸鹽磚的化學穩定性非常好、在高溫下，熱穩定性也非常好，具有良好的抗沖擊、抗磨損能力；實踐證明，作為立窯高溫帶襯里，比高鋁磚使用壽命長1～2倍。一般情況下，用于立窯喇叭口的磷酸鹽磚壽命為1.5～2年、用于燒成帶的壽命為3～4年。

　　磷酸鹽磚以高鋁礬土熟料為骨料和細粉，其吸水率為3.4%，體積密度3.12g/cm³；根據制品的使用條件，適當加入石墨粉、工業硅等，以磷酸或磷酸鋁為結合劑，采用半干法成型，在400～600℃熱處理，化學結合成為高鋁質耐火制品。該耐火制品按結合劑不同分為：

　　（1）磷酸鹽結合高鋁質磚（簡稱：磷酸鹽磚）。代號P，鎖縫磚代號PC。結合劑為磷酸溶液、濃度42.5%～50%；

　　（2）磷酸鋁結合高鋁質耐磨磚（簡稱：耐磨磚）。代號PA。結合劑為工業氫氧化鋁、工業磷酸配成的磷酸鋁溶液。耐磨磚的耐磨性優于磷酸鹽磚，因此在有條件的情況下，立窯襯里應優選耐磨磚。

　　用于立窯襯里的保溫材料，除了要求導熱系數小（熱阻大）之外，還要看其使用溫度能否達到900℃以上，否則保溫層非常容易粉化，失去應有的強度和隔熱性能。選擇導熱系數低于0.05w/m℃的硅酸鈣隔熱板與硅酸鋁板、空心球澆注料等配套的保溫層，能夠使保溫層整體化、延長服務年限，同時，厚度最薄、隔熱效果最好。基本達到窯內中、邊部物料溫度差不大于50℃、燒成帶窯體外壁溫度低于45℃。最簡單、最直觀的感覺就是在現場去觸摸窯體燒成帶外壁，不感覺燙手。這樣的工作狀態，就給立窯煅燒熱工制度穩定、實現優質、節能、高產，創造了有利條件。

第三章、新型窯襯材料的技術經濟分析

　　　浙江圣奧耐火材料有限公司，是國家建材行業生產力促進中心長興耐火材料分中心、中國建材工業經濟研究會成員單位。始建于1985年，近20多年來與科研院校合作，為耐火、保溫材料的研制、開發，進行了大量工作。尤其是對水泥立窯節能襯里的材質優化、應用配套，為用戶之急所急、為用戶之想所想，取得了顯著效果，贏得了贊譽。公司提出“快樂來自為人著想、成功在于以誠相待”的服務宗旨，2004年獲得“全國建材行業誠信、維權標兵企業”、“全國耐火材料行業領軍企業放心品牌”的光榮稱號。

　　　在立窯煅燒過程中，影響產、質量及能耗的因素很多，一般可歸納為三大類：工藝因素、機械因素和操作因素。工藝因素如：配料方案、生料合格率、易燒性、煤質與配熱、成球質量等；機械因素包括：窯體結構、加料裝置、卸料篦子、通風除塵等；操作因素是指：煅燒方法、熱工制度、控制手段、崗位工技術水平等等。一個生產多年的立窯水泥廠，在這諸多的影響因素中，采用“立窯節能襯里配套技術”，見效最快、受益最明顯。因為僅“減少熱損失和保溫層減薄”這兩點帶來的經濟效益，就十分可觀。

　　中國水泥協會立窯研究會提出“現代立窯八個基本條件”后，各地立窯企業紛紛采用二十項適用技術，進行節能挖潛技術改造。浙江圣奧耐火材料有限公司參與的就有一百多家，他們原來的熟料熱耗都在（1000～1100）×4.18 KJ/kg左右,改造后都達到900×4.18 KJ/kg以下，窯體外壁溫度也能觸摸不燙手。根據國內建材研究院校熱工檢測部門，對立窯熱工標定的統計數據表明，立窯燒成帶窯壁溫度降低1℃，窯內熟料熱耗可降低10～15KJ/kg。這些廠普遍都降低30℃以上，窯內熟料熱耗一般降低（100～200）×4.18KJ/kg，相當于每生產一噸熟料可節省實物煤（發熱量為5500×4.18KJ/kg）18～36公斤。一臺年產十萬噸熟料的立窯,每年就可以節煤1800～3600噸,折合當前的國內平均價格（400元/噸煤）節支人民幣72～144萬元。

　　采用新型耐火、隔熱保溫材料配套的窯體襯里，盡管材料價格有所增加，但整體用量減少，因此與傳統材料相比，窯襯總投資基本持平。由于窯襯的厚度減薄，斷面直徑增加0.15～0.2米,窯內煅燒容積增大，熟料臺時產量一般可提高1～2噸，每年、每臺立窯熟料增產0.8～1.6萬噸，折合人民幣增收100～200萬元。

　　其它效益，如：改善通風質量后，風機阻力減小的節電效益；斷面熱力強度改善，提高熟料質量的效益；延長窯襯材料使用壽命，降低維修費用的效益等等，在此就不一一列舉。該新型節能窯襯已列入《立窯水泥企業技術進步指南》中的二十項適用技術，科學性、先進性、實用性和可操作性，已被上百家立窯企業所證實和共享，必將為立窯企業在競爭中求生存、求效益，開劈一條新的途徑。

第四章、環保節能的新型機械化立窯

　　老式水泥立窯在我國經濟快速發展時期是做出重大貢獻的，但隨著現代化大型，新型干法回轉窯的快速發展立窯水泥退出數量上的主體地位，已成為我國水泥工業發展的歷史必然。但作為中小水泥企業主體的立窯企業，在相當長的一段時期內，依然是我國水泥工業的重要組成部分，特別是經濟相對落后的中西部地區更是不可忽視的。這些相對規模較小的水泥企業的合理布局，能縮短水泥運輸距離，并且能充分利用中、小型石灰石礦山資源，這些都能起到較好的作用。所以不加區別的一律全世界人民部淘汰的做法是不可取的，但如果不加改造，落后的立窯企業也缺乏競爭能力，也將被淘汰出局，唯一方法是加快技術改造到節能環保效果的現代化新型機械化立窯。

　　表  國內不同型先進技術經濟指標對比

　　二十世紀九十年代后期，由于環保、節能的要求國內外對材料學的研究加大了力度，各種新型優質的耐火材料、保溫、隔熱材料相繼出現。其品質指標與使用性能都上升到了一個嶄新的高度，圣奧耐火材料有限公司一直致力于開發新型優質的節能型立窯襯里，經過多年的研究、開發、推廣使用，形成了相當規模的市場，在全國水泥立窯生產企業用戶已突破了3000家，并參與了多家企業的節能挖潛技術改造，取得了非常好的效果。

　　機立窯節能型襯里是一種高效、新型的水泥立窯窯襯，采用該窯襯一般要依據水泥立窯的設備和工藝條件進行磚型設計和熱能設計，并涉及窯襯配套施工方法、水泥生料成分及其配料量的控制等多項技術。

　　該技術的綜合效果顯著、投資少、見效快、實用性強，已成功地應用于多項機立窯綜合節能改造工程，經幾百臺各種規格的立窯采用，均取得良好效果。根據各應用廠的使用報告的綜合反映和熱工測試報告，可心充分肯定節能型窯襯具有以下功能：

①降低熟料熱耗，節能顯著；

②降低窯體表面溫度；

③增加立窯臺時產量；

④提高熟料質量。

⑤結構穩定可靠，保溫效果持久，使用壽命長。

為了提高熟料臺時產量而擴徑。窯徑的擴大通常是通過減薄耐火磚的厚度來達到的。為了保證擴徑后立窯的表面溫度及表面散熱損失不致提高，則更有必要采用節能型配套耐火材料，使窯體表面溫度及散熱損失大大降低，窯內邊壁溫度提高，斷面溫度場梯度趨于平衡，進而改善煅燒情況。

本公司參與多家企業節能挖潛技術改造直徑2.5～3.8m立窯；實現立窯中邊部截面溫度≤50℃，筒體高溫帶外部溫度≤45℃，熟料臺時產量增加10～15%（3.8立窯產量≥25 t/h），28天抗壓強度≥56MPa，熱耗≤850kcal/kg。