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我国耐火材料工业生产装备的发展与进步

发布时间:2015-12-11 09:58 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:admin
旧中国钢铁、建材、有色金属等高温工业极端落后,为高温工业服务的耐火材料工业不但品种单一、质量低劣,且装备极为原始:人工混料、手工成型、地坑干燥、倒焰窑烧砖……,基本上处于作坊工业状态。新中国成立以来,耐火材料工业随着国民经济的发展而起步,从新中国成立到改革开放前的30年,从无到有初步建立了比较完整的耐火材料工业体系;改革开放后的30年从小到大,尤其近20年来实现跨世纪的突破发展。我国耐火材料工业生产装备(含炉窑)的面貌也发生了深刻的变化,根据品种、质量和成本的需求不断创新发展,保证了耐火材料新工艺、新流程的实施。

采用了适合国情的新工艺、新流程促进生产装备的技术进步

1.采用半干法更新了国外设计的可塑法及湿法工艺
    建国初期,苏联为鞍钢黏土车间改建的工艺流程,设计中原采用可塑法成型,用“斯匹瓦克”成型流钢砖,在当时仍属先进技术,但可塑法有其固有的缺点,即能耗大、工艺复杂及制品的气孔度高与强度较低,国内设计改用半干法,并设计了适应半干法成型要求的摩擦压砖机,不但节省了能耗、提高了制品质量,还节约了建多条干燥器的投资与厂房。
    苏联为大石桥镁砖厂设计的镁砂煅烧工艺采用了泥浆法。这种工艺主要的缺点是能耗大、窑利用系数低以及需大容量的泥浆缶作为调整浓度及贮料浆用。经过在水泥回转窑上用粉料成球在炉篦机上以半干法煅烧的半工业试验取得成功后,将湿法煅烧改为较先进的半干法,经济效果显著。
    2.采用人工合成工艺流程,煅烧镁质、高铝质原料
    人工合成原料煅烧工艺流程的优点是能充分利用碎矿、混级料均匀原料成分,并能根据要求配料,生产多品种合成料。大石桥镁砖厂大型筒磨机前的多料槽配料、粉料成球煅烧,就是行之有效的人工合成流程。1978年阳泉矾土矿首次采用压缩空气在料槽内混合粉料及成球盘成球工艺,可均匀原料品位,特别适用于矿山混级料的利用,还可调整不同成分,进行人工合成,如今高铝矾土均化料产业化在我国方兴未艾。近年来辽南地区采用人工合成工艺流程,回转窑煅烧生产的品种有合成镁铬砂、镁钙砂及镁铝砂等。人工合成对称量、配料混合、成型和高温煅烧设备提出了新的要求。
    3.采用振动成型法制造焦油白云石大砖的新工艺
    以大颗粒配料、焦油沥青结合剂含量大,采用加压振动成型为特征的大型炉衬砖的加工工艺,其制品具有抗水化能力强、炉衬砖缝少,还具有较强的抗冲击、抗冲刷及抗侵蚀能力。此外,还具有在成型过程中劳动生产率较高以及砌筑时可以整体吊砌,操作比较简便,加速砌炉速度等优点,应用于转炉炼钢实践中取得了高炉龄的效果。在我国尚未能普遍采用高吨位液压机的条件下,对发展我国以焦油沥青为结合剂的碱性炉衬砖,在上世纪60年代末到70年代,配合转炉炼钢炉龄攻关,具有一定的实际意义。
    4.高纯碱性原料,采用二步煅烧新工艺
    将海水镁砂生产中的二步煅烧工艺移植到镁、钙系碱性耐火原料煅烧工艺中,该工艺具有活化原料晶格,降低烧结温度,提高物料密度以及便于人工合成等一系列优点,解决了我国某些碱性原料质纯、不易烧结的问题。70年代末期,国内普遍推广二步煅烧新工艺以来,对优质碱性原料的烧结是一个突破。如海城特级菱镁石的加工采用细磨、轻烧、压球、烧结的二步煅烧工艺可以制得MgO为98%,并已投入大规模生产。

从根本上改变了工厂的炉窑水平

1.20世纪50年代前苏联援建时期
    在前苏联援助下,恢复了建设鞍钢、太钢等耐火材料厂,新建了大石桥耐火材料厂等工程项目,引进的主要窑型为大断面隧道窑和煅烧冶金镁砂大型回转窑,为我国现代耐火材料炉窑打下了基础。
    大断面隧道窑
    窑内宽度2.6m~3.2m,烧成温度1350℃~1600℃,主要用于镁砖黏土砖硅砖的烧成,其所用燃料,在钢铁联合企业以混合煤气为主,在独立耐火材
料厂以发生炉煤气为主。
    煅烧冶金镁砂大型回转窑
    煅烧冶金镁砂大型回转窑配炉箅子预热机,窑规格Φ3m/3.6m×60m,煅烧温度1600℃,以煤粉为燃料。
    2.60~70年代的技术革新时期
    革新原料煅烧设备
    上世纪50年代煅烧原料,基本上都是人工加出料的燃煤土窑。1965年在原山东耐火材料厂Φ1.4m×24m回转窑上,首次以重油为燃料,火焰温度1800℃,使阳泉高铝矾土分级煅烧获得成功。随后回转窑煅烧高铝矾土得到大量推广。
    为减少固体燃料灰分对黏土熟料的污染,设计并建立了大容积的矩形外火箱竖窑,实现了从原料加料,火箱添煤及熟料出料的全部机械化操作,收到了质量好,产量高的效果。以隧道干燥器、隧道窑取代了落后的干燥与烧成设备。
    建国以来,逐步采用隧道干燥器、隧道窑取代了落后的火炕与倒焰窑,结束了工人在高温下搬运砖坯,直接接触粉尘,矽肺病严重的局面。隧道窑烧成的制品,从一般黏土砖到高铝制品;从一般硅砖到焦炉硅砖;从一般镁质制品发展到高纯制品。应当指出,用隧道窑烧成焦炉硅砖,在国际上处于领先的地位。
    开发小断面隧道窑
    1965年开发的小断面隧道窑窑内宽度2.2m,以重油或煤气为燃料,烧成温度1400℃~1600℃,改变了当时只有单一大断面隧道窑的状况,增加了生产的灵活性,得到大量推广。
    3.上世纪80~90年代重大发展时期
    开发高技术水平炉窑
    改革开放以来,随着钢铁、建材、化工、轻工等高温工业现代化,带动了优质耐火材料的迅速发展,尤其是和宝钢配套的耐火材料,品种新,质量优,对热工炉窑提出了新的要求。此阶段的耐火材料炉窑设计,主要围绕“不富氧超高温”炉窑,即1900℃竖窑、1800℃隧道窑、1850℃回转窑,进行开发。通过自主研究成功的“不富氧超高温”技术与引进先进的大型超高温隧道窑、竖窑技术相结合,新型原料煅烧和制品烧成炉窑建设得以全面突破。鞍山焦耐院80~90年代典型的开发工作有以下几个方面:
a)80年代初期,自主研发了Φ700mm超高温竖窑,使中国高纯镁砂煅烧质量有了很大提高。
b)80年代中期,研发了51.6m超高温隧道窑,促进了高纯碱性制品和刚玉制品的大量生产。
c)消化宝钢配套上耐二厂碱性砖项目引进的日本83m高温隧道窑技术,并在唐山二耐、洛耐厂等工程中移植。
d)煅烧高铝矾土的回转窑
    我国高铝矾土主要产地有山西、河南和贵州。上世纪80~90年代煅烧高铝矾土块料用回转窑,以取缔土窑和倒焰窑,仅山西省有60余条改造利用其他行业回转窑烧高铝熟料,窑型规格繁多,主要窑型有Φ2.5m×50(60)m,其次Φ1.6/1.9×39m,还有Φ3.3/4.0×69m,Φ3.0×88mm。这些回转窑的产量在30000t/d~50000t/d,最大的产量可达500t/d。燃料以煤粉为主,个别用焦炉煤气,每吨熟料热耗标煤0.25t~0.28t。河南渑池和贵阳耐火厂各有2条Φ2.5m×50m回转窑烧高铝熟料。倒焰窑的每吨熟料热耗标煤0.35t~0.4t,土竖窑产熟料含有大量欠烧料,质量低下,折算每吨熟料热耗标煤0.4t~0.5t。以煤为燃料的回转窑目前存在主要问题是烧成带结圈严重,一般工作日为20天/月。
    此外,山西大同、湖南辰溪等地还用湿法均化,回转窑煅烧生产莫来石等产品。
e)上世纪90年代初,研发了Φ2m超高温回转窑,为煅烧镁铬砂、镁铝尖晶石砂、镁钙砂等耐火原料提供了适宜的窑型。
f)梭式窑以其生产灵活、投资小、劳动条件好得到迅速发展。

我国耐火材料炉窑的基础工作

(1)制定耐火炉窑热平衡测定与计算方法的统一规定
    各种耐火材料产品(电熔材料除外)的能源(燃料、电、水等)消耗中,燃烧所占的比重高达70%~80%,耐火材料节能工作的重点应是降低燃料消耗。因此,进行炉窑热工测定,编制炉窑热平衡表,全面分析热耗情况,找出降低热耗、提高热效率的主攻方向和节能措施十分必要。按照习惯,耐火材料炉窑采用单位产品热耗,作为热经济性能的衡量标准。但单位产品热耗,仅能在同类产品之间比较,对炉窑热经济虽能作相对的比较,但并不反映炉窑在热能利用方
面的真实情况。如果炉窑热能利用情况没有一个科学的衡量标准,势必会妨碍今后提高耐火炉窑热经济性能的努力。国内外工业炉普遍采用“热效率”作为衡量热能利用好坏的标准。耐火材料炉窑通过“热效率”的比较,可以消除由于耐火材料原料性质不同而造成的不可比因素,因此对耐火炉窑同样十分适用。
在原冶金工业部的安排下,鞍山焦化耐火材料设计研究总院于80年代编制了“隧道窑、竖窑、回转窑的热平衡测定与计算方法暂行规定”,并分别在多座炉窑上进行了实验后,批准为行业标准。
评价炉窑热经济性标准采用热效率η
η=∑Qe/∑Qi
式中:∑Qe———系统内物料在煅烧过程中所消耗的物理化学热的理论值的总和;
∑Qi———系统总的热收入
规定中评价炉窑性能的“热效率”,定义为系统内物料在煅烧过程中所消耗的物理化学热理论值的总和(即“有效热”)与总的热收入比值。随着耐火材料品种的不断增加,一些新品种加热煅烧过程的“有效热”数据,需要用科学的方法进行测定。通过炉窑“热效率”测定,发现热损失主要是排烟热损失、窑体表面热损失及窑车/窑体蓄热热损失,据此测定对改造旧炉窑,设计新型炉窑,提供了可靠的技术支持。
   (2)炉窑污染环境状况的监测和整治
    炉窑烟尘是重点污染源之一。1990年~1992年鞍山焦耐院曾对我国耐火材料工厂污染现状作过调查剖析,其中包括碱性耐火材料厂的机械化竖窑、超高温竖窑、回转窑、隧道窑及热处理窑等,进行了多种污染因子的监测。结果,炉窑烟气中的4种有害物按其污染环境程度的轻重,依次是:SO2、CO、NOx和烟尘。不同炉窑污染环境轻重程度相比较,依次是隧道窑、热处理窑、回转窑、超高温竖窑、机械化竖窑。特别是机械化竖窑,严重超标。有害物排放量见表 3,采用多管除尘器和旋风除尘器,除尘效率低,排放烟尘浓度严重超标,采用电除尘和布袋除尘器则效果良好。

我国耐火材料炉窑的进步

自上世纪80年代宝钢建设所需耐材逐步实现国产化目标以后,特别是近20年来,围绕我国耐火材料工业在炉窑更新换代和完善方面,研究人员摸索出以自主、引进、消化、创新相结合的有效途径,不富氧超高温技术的开发使高温隧道窑、高温竖窑、高温回转窑在全行业各重点企业得到了广泛推广和应用,使我国耐火原料煅烧和制品烧成炉窑发生了质的飞跃,也为我国耐火材料工业奠定了扎实的基础。
    高温炉窑广泛推广应用
a)超高温竖窑:超高温竖窑一般采用重油或柴油为燃料,煅烧温度>1900℃。用于烧成高纯难烧结原料,如高纯镁砂、高纯白云石、镁铬砂等。实现超高温的主要技术措施是进窑二次空气在冷却带充分吸收烧后料的物理热,在进入煅烧带前温度已达到1500℃以上。同时燃料通过烧嘴喷入窑内,直接在炽热的物料上汽化燃烧,燃烧效率高,炉窑高温系数可达0.9以上。
超高温竖窑的特点是:能烧结多种高纯原料,生产效率高,利用系数5t/m3d~10t/m3d;单位产品热耗低,仅2500kJ/kg~3300kJ/kg;连续加出料,自动控制出料量,窑产量稳定;可采用PLC控制系统,所有操作参数可随时打印或画面显示;占地面积小。目前辽南地区已有近70座高温油竖窑,用于生产高纯镁砂,正推广生产中档镁砂(MgO95%)。生产镁钙砂也取得成功经验。但还应开发煅烧品种以扩大应用领域。
b)超高温回转窑:超高温回转窑窑内温度可达1800℃~1900℃。主要用于煅烧镁铝尖晶石、镁铬砂、镁钙砂、烧结刚玉等耐火原料。国内辽南地区煅烧碱性原料现有的高温回转窑Φ2m×60m,生产能力20000t/a,单位产品热耗为9900kJ/kg左右。超高温回转窑设计采取了以下几点措施:煅烧带内衬为高档耐火材料,外层为优质隔热材料。预热一次空气,并对二次空气入窑进行调控,使煅烧温度大于1850℃。调节一次风,有效改变火焰的直径和长度,从而调节煅烧带的长度和火焰温度。通过对窑内压力和燃烧系统压力的自动调节,确保燃烧的稳定。回转窑煅烧耐火原料产量大,产品质量均匀,适合煅烧易结坨的物料,但热耗高。
c)超高温隧道窑:高纯优质的镁质、镁铬质、镁铝质耐火材料需要超高温烧成。设计超高温隧道窑一般采取如下措施:烧成带窑顶采用双层拱顶结构,从冷却带抽出的热风在双层拱顶结构内加热到1000℃左右,然后通过窑墙上的气道送到各个烧嘴。燃料和从双层拱顶下来的助燃高温空气直接喷到在砖垛之间设置的燃烧空间,高速混合燃烧。在预热带设循环风机,保证窑入口处温度适宜,避免入窑砖坯急剧过热。在冷却带设循环风机,使制品快速、均匀地冷却。窑车上部采用高强轻质材料砌筑,下部降低窑车下的空间,改善窑内和车下压力平衡,减少窑内的热气体向窑下串气,降低窑车热损失。典型隧道窑的技术规格和性能见表4。
目前辽宁地区烧成碱性耐火材料“双层拱”110m高温隧道窑已有70条,对不同产品单位产品热耗:150kg~230kg重油/t制品。时隔20多年,某公司引进了德国151m高温隧道窑,以城市煤气为燃料,烧成优质刚玉-莫来石砖镁铝尖晶石砖等,其特点可以借鉴。
d)轻型节能梭式窑:梭式窑是可取代倒焰窑的新型间歇式炉窑,是国内近10年来发展最为迅速的窑型之一,主要用于生产高档耐火材料,如镁质制品、滑板、水口、刚玉砖、窑具等耐火材料。国内现有梭式窑容积一般在10m3~80m3范围内,洛阳耐火厂引进了烧硅砖用300m3大型梭式窑。梭式窑烧成温度1000℃~1800℃,可采用天然气、煤气、柴油、液化气等作燃料。各种梭式窑都采用烟气余热回收措施,燃料消耗仅为普通倒焰窑的30%~40%。
e)热处理窑:镁碳砖、焦油镁白云石砖等150℃~350℃低温热处理目的为使结合剂固化,提高不烧砖的强度;提高砖中固定碳含量;改善炼钢炉烘烤条件,或在使用中不挥发沥青烟等。目前推广应用的电加热热处理窑一般采用间歇操作,采用乳白石英远红外管加热器或电阻丝加热。窑内温度一般在200℃~350℃,装机功率150kW~300kW。电加热处理的最大特点是结构简单、成本低、烟尘及噪声危害轻,操作灵活、窑温均匀,便于控制热工制度,也为产品质量提供了保证。
    炉窑自动化程度
    随着自动化技术的发展,耐火材料工业炉窑的控制水平也在提高。近年来,国内一些耐火材料工业炉窑已实现自动化控制,其主要特点是:①采用DCS或小系统控制站,通过检测和控制设备对炉窑生产过程进行监视、自动操作。②采用燃料-空气比例燃烧,实现炉窑合理燃烧和节能。③采用分区控制温度技术,对不同炉窑制定相应的分区方案,以实现炉窑内温度的合理分布和控制。在隧道窑中根据烧成品种的烧成曲线温度分布,设置5~12个温度控制区进行控制。在梭式窑中,根据窑门、窑顶、窑底等各部位的传热差异,设4~9个温度控制区,实现全窑的自动控制。④对炉窑的升温、保温、降温过程实行自动控制。特别是梭式窑已可实现点火、升温、保温、冷却全过程控制,减少操作中人为因素的影响,提高产品成品率。
    环保技术的应用与推广
    耐火材料工业炉窑是重点污染源,近年来着重推广的环境保护措施是:①采用高效除尘器净化烟尘。烟尘净化重点推广高效布袋除尘器,由于受滤袋限制,要求进布袋除尘器的烟气温度为150℃~240℃。炉窑烟气经过高效除尘器处理后,烟尘含量可控制在20mg/m2~100mg/m2以内。②沥青烟气的处理。热处理滑板、镁碳砖等制品时产生沥青烟气,对工作场所和周围环境产生污染。曾采用“白土吸附”工艺处理沥青烟气,即先用白土吸收沥青烟气,后焚烧吸污后的白土。此工艺繁杂,运行成本高,并存在二次污染问题,实际运行效果不理想。一些企业采用焚烧沥青烟的方法,工艺过程简单。现在有些产品使用有机结合剂,在热处理时排放有害物,也采取焚烧热风炉中废气的方法,焚烧温度>750℃。但目前国内耐火材料企业沥青烟气处理尚未完全解决。

我国耐火材料生产装备的技术进步

我国耐火材料生产装备历经60余年的发展,其技术水平有了很大提高,许多产品已达到或接近国际先进水平。
    20世纪80年代,“全国耐火材料‘八五’规划与发展战略研讨会”总结出阻碍我国耐火材料工业发展的两大障碍———“原料不精与工艺装备落后”。经科学论证,国家有关部门将“优质耐火材料生产技术研究”首次作为一个独立项目列入国家重点科技攻关计划,该项目下属主要课题为“耐火材料工业用先进设备的研制”,其中有“7500kN油压摩擦复合式压砖机”、“高速混合机(容积600L)”、“立式真空油浸装置”和“连铸三大件”生产装备的研发等11个专题。由此,开创了我国耐火材料生产装备步入国际先进行列的历史新阶段。历经“八•五”、“九•五”攻关发展至今,我国耐火材料生产装备得到了突飞
猛进的发展,全面实现了生产装备更新换代,使镁碳制品、连铸功能材料、真空油浸和不定形等诸多耐火材料的生产技术水平得到显著提高。
    近20年来,我国耐火材料工业装备水平发生了质的飞跃,为做精做强我国耐火材料工业奠定了扎实的基础。
    1.原料加工装备
    破碎粉碎设备:耐火材料破碎粉碎生产装备通过几十年的生产实践,以颚式破碎机、对辊破碎机和圆锥破碎机为主。近年来,立式冲击破碎机、振动圆锥破碎机作为耐火原料中碎设备已在耐火材料等行业广泛应用,这些破粉碎设备均已形成各自的产品系列,并向结构合理、型式精巧、使用寿命更长的方向发展,各生产厂家以此增强产品在市场的竞争力。
    细磨设备:耐火材料传统细磨设备为管磨机、悬磨机、振动磨以及配高效空气分级机的细磨系统,以得到细粉产品。气流磨通过超音速喷嘴,以空气(无油)、气体、高压惰性气体为介质喷入磨内,将细颗粒物料加速,细颗粒物料多次相互冲击碰撞,被粉碎成微粉。微粉随气流排出,进入分级机,较大的微粉被分离出来返回气流磨,合格的微粉被收集。耐火材料行业使用的气流磨多用于生产微粉、超微粉产品。但目前国内气流磨单机产量小,耗能高,产品细度尚达不到超微粉生产要求。
    筛分设备:多层直线振动筛以处理量大、筛分效率高,可以满足耐火制品,尤其是不定形材料多级配料工艺要求得到广泛应用。
    2.混合设备
    耐火材料使用的混合设备自国家“八五”攻关以来,得到了快速发展,种类不断完善,基本上满足了实际生产需要。混合设备通常分为预混合设备、混练设备及其他专用混合设备,主要包括:湿碾机、强力逆流混合机、高速混合机、双锥混合机和混练造粒机等。
    预混合设备:预混合设备是生产各类不定形耐火材料及特殊耐火材料过程中,混合细粉和微量添加剂时所使用的设备,可使细粉和微量添加剂混合均匀。常用的预混合设备有螺旋锥型混合机、双锥型混合机及V型混合机等。
    混练设备
a)湿碾机:湿碾机是利用碾轮与碾盘之间的转动对泥料进行碾压、混练及捏合的混合设备。主要常见老型号是底部下传动盘转湿碾机Φ1600×450及Φ1600×400两种及少量上部传动碾砣转的湿碾机,这些设备笨重,混合过程中物料易被粉碎,动力消耗大。但由于其结构简单,耐火材料厂还在广泛使用。新型号的湿碾机有中冶焦耐设计的Φ2400及SJH-28型两种。Φ2400湿碾机装料量较少,内部机构过于紧凑,事后清理及检修空间较小,于是又研究开发了SJH-28型湿碾机。
b)行星式强制混合机:行星式强制混合机的中心立轴担有1对悬挂轮、两付行星铲和1对侧刮板,盘不转,中心立轴转,带动悬挂轮、行星铲和侧刮板顺时针转,行星铲又作逆时针自转,泥料在3者之间为逆流相对运动,在机内既作水平运动又被垂直搅拌,5min~6min可以均匀混合,而颗粒不破碎。根据工艺需要,可以增添加热装置。该机效率高、能耗低、混合均匀;整机密封好,无粉尘、噪音低;出料迅速、干净;可混合干料、半干料、湿料或胶状料。行星式强制混合机适应混合镁质制品等泥料,主要型号有PZM-750、QHX-250。
c)600L高速混合机:高速混合机由混合槽、旋转叶片、传动装置、出料门以及冷却、加热装置等部分组成。它是鞍山焦耐院在国家“八•五”攻关耐火装备研制的成果之一。
参与混合的各种原料及结合剂,由上部入料口投入。电动机通过皮带轮、减速机带动旋转浆叶旋转,在离心力的作用下,物料沿固定混合槽的锥壁上升,向混合机中心作抛物线运动,同时随旋转浆叶作水平回转,处于立体旋流状态,不同密度、不同种类的物料易于在短时间内混合均匀,混合比率比一般混合机高1倍以上,混合后的物料由混合槽的侧面出料门排出。为适应某些物料混合温度要求,由冷却、加热装置对物料进行冷却、加热和保温等调控,从而获得高质量的混料。高速混合机不破碎泥料颗粒,混合均匀,混料效率高,能控制泥料温度,特别适应混合含石墨的耐火泥料。该机已在生产高级含碳耐火材料制品的厂家得到推广,混炼MgO-C砖泥料800kg/碾。近年来,混练1000kg/碾料~1200kg/碾料的高速混合机也投入使用。
d)强力逆流混合机:强力逆流混合机是应用逆流相对运动原理,使物料反复分散、掺和的混合设备。它是鞍山焦耐院在20世纪80年代初自行研制的新型混合设备。
在混合机的料盘中,偏心安装搅拌星与高速转子。料盘以低速顺时针方向旋转,连续不断地将物料送入中速逆时针转动的搅拌星的运动轨迹内,借助料盘旋转及刮料板的作用,将物料翻转送入高速逆时针旋转的高速转子运动轨迹内进行混料。在连续的、逆流相对运动的高强度混练过程中,物料能够在很短的时间内混合均匀,通常在60s~120s内即可达到所需的混合程度。
e)新型不定型混合设备:
KJB系列高效快速搅拌机组
鞍山焦耐院研制的该系列设备主要用于搅拌耐火浇注料,修砌高炉出铁场铁沟、摆动溜槽和钢包整体浇注等场合,也适用于建筑等行业搅拌混凝土。每次搅拌混合时间仅为3min~5min,搅拌混合量每次0.5t~2t。完成一个搅拌周期,使用高压水将搅拌机容器内部冲洗干净。
保护渣用HL1900高速混合机
    中冶焦耐设计的HL1900高速混合机是混合保护渣的专用设备。机内设有高、低速搅拌装置,两者旋转方向相反,使物料强力逆流运动。高速搅拌装置将物料搅拌翻滚、强力悬浮,可在短时间内使物料达到均匀混合的目的。与此同时,刮料装置还能将黏附在混合机槽上部的物料刮落,参与物料混合。高、低速搅拌装置均采用变频调速工作,变频范围为15Hz~50Hz。一定条件下,该机也能起到造粒作用。
    3.称量、配料及混练工序的自动操作
    适应物料从容积配料改为重量配料,普遍地采用自动配料车及电子秤量设施。继混练泥料用的湿碾机改为螺旋机械出料后,又开发并采用了强制逆流混练机、高速混合机等。为配料、称量及混合过程的自动控制创造了条件,取得了提高质量、降低作业区含尘量,改善操作条件及提高劳动生产率的效果。
    4.成型设备等起了根本的变化
    解放初期,制品成型除了使用少量轻吨位摩擦压砖机及回转压砖机外,大量的制品靠人工成型,因而劳动生产率低,成型工段的工人占全厂工人总数的30%~40%,职业病严重。建国后自行设计制造了压力为160t、200t、300t不同冲程磨擦压砖机,并试制了630t、1000t摩擦压力机。近年来,成型压机在大型化和实现称料、加料、压砖、出砖的半自动化与自动化取得巨大进展。
    摩擦压砖机:近十几年来,随着“八•五”攻关项目的发展,摩擦压砖机产品也有了较快的发展,系列产品750t、1000t、1600t复合式摩擦压砖机的相继诞生,使摩擦压砖机系列更加完善,品种更加齐全。
    复合摩擦压砖机既有液压压砖机在打击过程中易于排除气体的特点,又有摩擦压砖机在成型过程中可产生高于公称压力两倍打击力的特征。它可实现双面加压,采用真空排气装置,设有自动测厚装置,采用可编程序控制器进行控制,并具有故障显示功能,实现了机、电、液一体化。近年来,电动螺旋压力机受到耐火材料行业的强烈关注。该压力机将开关磁阻调速电机的特点和螺旋压力机的要求有机结合,实现了螺旋压力机的数字化控制,做到打击力控制准确、自动化程度高、高效节能、操作安全简单。
    液压压砖机:液压压砖机是利用液压压制砖坯的成型设备。压砖生产过程中,从泥料定量、填模到砖坯移送的全过程可以自动控制,能预选多种成型工艺,能连续、自动成型和自动监测砖坯质量。液压压砖机优点是操作安全、劳动强度低、生产效率高以及制品质量稳定。缺点是设备结构复杂,因而投资大,对操作及维护水平要求较高。目前应用于耐火材料行业国产液压压砖机,最大吨位为4000kN~25000kN,实际操作压力为公称压力的85%。
   《我国耐火材料产业发展政策》(2006年)第二十二条,“进口技术和装备政策”:鼓励企业采用国产设备和技术,减少进口。对今后量大面广的装备,如大型压砖机等要组织实施本地化生产。目前应用于耐火材料行业国产液压压砖机,最大吨位为福建海源自动化机械设备有限公司的2100t、2500t液压全自动压砖机,海源大吨位液压机已批量供应耐火厂压制镁碳砖和碱性砖等。
    5.专用工艺生产装备
    连铸三大件成套设备
    连铸“三大件”产品(塞棒、长水口及浸入式水口等)的专用设备成套包括:对辊碾压机组和石墨分级机、HL系列混练造粒机、流态化干燥机、等静压机和填充振打机等。该成套设备为国家“八•五”攻关耐火装备研究的重点课题,对我国连铸“三大件”产品的生产发挥了重大作用。
    等静压机:等静压是指在各个方向上对密闭的物料同时施加相等的压力,使其成型。等静压一般分为冷等静压和热等静压,目前已有较多耐火材料生产厂应用冷等静压,热等静压在一些研究单位有应用。冷等静压是在常温下实现等静压制的技术,通常采用油和乳化液作为传递压力的介质,以橡胶或塑料作为包套模具材料。冷等静压主要用于粉状物料的成型。耐火行业中,总尺寸大、细长比大、形状复杂、难于成型的制品,选用冷等静压技术压制,例如:长水口、浸入式水口、出钢口砖、整体塞棒等。常用的湿袋式冷等静压机的压力缸内径在Φ100mm~1250mm,有效高度320mm~3000mm,额定工作压力≤600MPa,介质为油或乳化液。
    高压压球机:压球方法曾经历过湿法压球、半干法压球和干法压球等几种工艺方式。目前中档镁砂采用了半干法压制大球工艺,而优质镁砂则采用干法高压压制小球工艺。就被压物料温度而言,又分常温压球和热压球(最高温度可达600℃~700℃)两种。一般,生产海水镁砂时,其中间产品轻烧氧化镁结晶很细,如果在轻烧氧化镁出炉时(400℃~500℃)直接热压,可以比冷却后干压提高体积密度0.1g/cm3~0.2g/cm3,因此普遍采用高温高压制球工艺。
    高压压球机多应用于难以成型且粒度较细的物料干压成球。高压压球机新开机时成球率很低,在经过一段时间筛下料返回和新料混合使用后,即可保持稳定的成球率,一般成球率可达到40%~60%。近年来,高压压球机向大型化发展。
    真空油浸装置:耐火制品采用真空油浸工艺后,可增加制品含碳量,提高使用性能。需要真空油浸的耐火制品有白云石质砖、部分镁砖及滑板砖等。新型真空油浸装置有以下特点:①真空油浸装置采用了耐火制品预热、高真空度和高压加压等技术增加耐火制品吸入沥青数量,从而有效提高其固定碳含量;②采用了焚烧工艺解决沥青烟的污染问题;③其操作采用了继电器联锁控制或可编程序控制,自动化水平较高。因此真空油浸装置具有工艺先进、操作安全、制品浸渍效果好、生产效率高、产品质量优良、对环境污染小等优点。新型真空油浸装置已达到国外同类技术水平,已逐步取代早期落后的油浸工艺设备,此项技术也适用于碳素行业、铁路枕木的防腐处理等行业。真空油浸装置按其主要设备浸渍罐的形式不同,分为立式和卧式两种。立式装置由于操作简单,占地小而被广泛采用。

推动我国耐火材料工业生产装备技术进步的建议

我国耐火材料工业历经60余年的建设与发展,基本上满足了国内钢铁、建材、有色金属等高温工业不同时期的要求,我国耐火材料产量约占世界总量的40%,现已成为世界耐火材料生产和出口大国,正向强国目标迈进。行业涌现了一大批大型企业集团,如辽宁青花、后英、河南濮耐等等,其主要生产装备都已接近或达到国际先进水平。但我国耐火材料生产厂集中度差,企业装备参差不齐,先进与落后装备并存,行业总体装备水平与发达国家行业相比还存在相当大差距。回顾历史,“精料”与“装备(含炉窑)”是耐火材料发展的基础,发展循环经济、实现结构优化、节能减排都离不开耐火材料生产装备的技术进步。展望“十二•五”,耐火材料生产装备技术发展仍然任重道远,建议今后工作从以下几方面入手:
    1.耐火材料先进生产装备推广应用
    我国耐火材料生产装备技术历经几代人的不懈努力,发展至今硕果累累。新建厂、旧有生产线改造均不断应用新的生产装备。然而,由于我国是世界上公认的耐火材料生产大国,旧有耐火材料厂占有很大比例,旧有生产装备已普遍落后,甚至部分装备面临淘汰。要想成为耐火材料生产强国,需要尽快地应用新生产装备技术。这需要耐火界有识之士高度重视装备的更新与开发,应对已开发的新装备不断完善,形成系列化,定期制定发布行业装备技术目录,推广新设备,淘汰旧设备。
    2.根据耐火材料生产需要不断创新发展
    破粉碎设备
    破粉碎设备普遍存在着效率低、振动噪音大、耐磨材料差等问题。提高设备制造精度和质量,研究具有高耐磨性能的材料,采取行之有效的方法减震和降低噪音是解决这些问题的出路。
    混合设备
a)混合设备发展趋势之一是在生产上将其与自动称量和自动加、出料组成单元,使其自动化。
b)混合设备的系列化、多功能化。大、中、小型混合设计系列化在有些型式混合设备中还未形成。一些混合设备尚不具备多功能要求,如加热、冷却、加压、减压,水和其他结合剂的添加等功能。
c)为了适应耐火材料新产品生产要求,应向国际先进水平看齐,不断地研制适应新产品生产要求的专机,如不定形的喷补设备。
成型设备
    国产摩擦压砖机近年来发展很快,已基本上满足了国内耐火材料生产的需要。复合式摩擦压砖机是摩擦压砖机升级的方向,其双面加压、真空脱气、自动检测、机外出砖和从加料到出砖的全自动化,在可靠性、稳定性方面还需要进一步完善;研制推广国产大吨位液压压砖机和电动程控螺旋压力机是成型设备的主要课题之一;如何提高等静压机压制产品产量是关键问题;开发研制薄板坯连铸用新一代浸入式水口的专用生产装备是目前急需解决的问题之一。
    3.节能与清洁生产并重的系统技术研发
    建议补充完善“耐火材料工业炉窑热平衡测定计算方法统一规定”;组织科研力量,制定烧成各种耐火原料和制品的“有效热”;通过调研与实际标定,制定耐火材料工业炉窑“热效率”强制性标准,从而推动节能工作的进步;确定各个生产环节节能细则,系统研究耐火材料炉窑设计、生产过程节能技术,制定大型企业能耗指标;制定耐火材料企业尘毒排放与炉窑烟尘排放新标准,增加CO2、SO2、NOX排放标准。
    企业污染物(炉窑大气污染物、污水、厂界环境噪音等)应全部稳定达到国家或地方污染物排放标准的要求。产品生产企业生产作业环境劳动安全与卫生应达到国家或地方的标准要求。
    4.提升耐火材料烧结、电熔、氮化三大关键技术
    新型菱镁石轻烧窑
    用于轻氧化镁的反射炉已有70~80年历史,但只能焙烧块矿,产品质量差,能耗高,劳动条件不好,急需开发新型菱镁石轻烧窑。新型菱镁石轻烧窑应考虑排放高浓度CO2烟气,为经济回收CO2创造条件。块装菱镁石轻烧窑可借鉴煅烧冶金石灰的经验,推荐设计新型竖窑和带竖式预热器的回转窑,同时可考虑出窑料的热选去硅;细粒状菱镁石轻烧窑可借鉴开发5级旋风预热悬浮炉,提高固气化及热效率。
    重烧镁砂竖窑
    重烧镁砂采用二、三级菱镁矿原矿石,用固体燃料竖窑生产,产品价位较低。重烧镁砂竖窑多采用人工加出料,劳动条件差、烟尘污染治理难度大,有待彻底治理。
    电熔炉工艺改造与创新
    三相电弧炉以“熔块法”生产电熔刚玉和电熔镁砂,其投资少,建设快,近年来在我国发展很迅速,成为行业耗能大户,仅辽南、河南每年就燃耗250万吨标煤,而且产品质量不稳定,污染严重。因此,电熔炉生产工艺改造势在必行,可在辽南、洁南等地选择改造现有三相电熔炉试点,并进行大型化直流或变频电弧炉攻关,树立样板推广。
    氮化技术
    当前正在大力开发氮化物或氧氮化物复合耐火材料,其中氮化工艺和氮化炉是关键技术,重点解决:①由砖坯氮化的含氮制品,需要解决氮化深度超过100mm的氮化工艺和和氮化炉;②应用闪烁燃烧技术合成AlN、Si3N4、MgAlON与SiAlON等高级氮化物或氧氮化物耐火材料原料,需要开发合成工艺和新型闪烁燃烧炉。
    5.燃料结构合理化
    燃料燃烧后的产物应不污染产品,或者污染程度在产品质量允许范围内。因此,煅烧精料和烧成优质制品时,必须坚持采用低灰分液体燃料或高热值气体燃料。
    由于我国单位国民生产总值占用燃料过高,造成燃料资源紧缺;相对而言,煤多、燃油少,高炉、焦炉和转炉等回收煤气紧缺。近年来,天然气、煤层气等清洁燃料可以供给耐火企业,应予推广保证供应。从我国实际情况出发,开展的重点工作有:①开发高效煤粉制备设备,应用无烟煤粉作为回转窑燃料;②综合利用煤炭资源,采用二段煤气炉制气作为耐火炉窑的燃料;③开发兼顾使用气体燃料和固体燃料,高热值燃料和低热值燃料以及富氧的二用或三用烧嘴技术。
    6.推动耐火炉窑采用富氧助燃技术
    采用空气助燃时,大量热能被空气中的氮气带走,几乎占全部热量的30%以上,致使热利用率低,高温煅烧困难且不稳定。当燃烧温度>1300℃,产生的NOx量随温度呈指数级增加。在高温、超高温条件下,烟气中含NOx量高,增加了治理难度。富氧空气中的O2含量一般为22%~30%。目前,我国小型制氧技术进步较大,采用富氧助燃在经济上已可行,因此,推广耐火炉窑采用富氧助燃技术,条件已经成熟。
    7.提高炉窑自动化控制水平
    我国耐火材料工业炉窑总体自动化控制水平较低,有相当部分炉窑对操作人员的依赖性很大,直接关系到炉窑的消耗和成品率,因此很有必要逐步提高控制水平。
    炉窑自动化控制的关键在于解决好一次测温仪表,其次是数据的传输与智能化控制。对炉窑的温度、压力等参数进行监控,对操作趋势进行预测调节,实现炉窑数字化操作,从而达到提高成品率、降低能源消耗,增收节支的目的。炉窑的智能控制是现代炉窑发展的方向,有条件的企业可对现代耐火材料炉窑全过程设计生产开发仿真软件。