RH炉耐火材料的使用现状分析与创新

张新财 江群英 施永益 朱振华

摘要：目前，有色冶炼行业用耐火材料主要为镁铬砖，因其具有良好的抗不同碱度渣侵蚀性能，可用于熔炼、吹炼和精炼等工段。关于铜渣及其他有色渣对镁铬砖的侵蚀，不同学者从不同角度进行了分析。由于RH技术采用的喷吹气体和供热方式相较于传统有色金属火法冶炼工艺有较大区别，因此炉内气氛、压力、温度及搅动状态均不同。关于该工艺条件下炉渣对镁铬砖的侵蚀机理研究较少，本文以扩大实验用RH炉耐火砖残砖为研究。

关键词：RH炉;耐火材料;;使用现状;创新

引言

熔铸耐火材料是原料配料后经三相电弧炉熔融后澆铸、由高温熔体冷却析晶而制成的。熔铸耐火材料具有内部反应完全、晶体发育完整、结构致密、气孔率低、强度高的特点，但其耐热冲击性差。熔铸耐火材料多应用于玻璃行业，少量用于钢铁冶金、环保化工等。

1发展隔热耐火材料的意义

一般工业炉的热损失主要包括：炉体表面各部位散失的热量;炉体的蓄热损失;水冷损失的热量;结逢、孔眼和炉门等密封不严的部位泄漏损失的热量;排烟代走的废热损失。炉体的表面热损失与工业炉的种类及保温隔热耐火材料的利用有关，可高达产品单位能耗的10%～40%。对于连续运转的窑炉，一般情况下，因其运行很长时间才需要进行维护，蓄热损失并不重要;但对于不持续运转的窑炉，选择的材料不合理就会造成很大的热损失，损失量依据炉体本身的各种指标而定，一般可高达5%～25%。为了降低炉体的热损失，可以充分利用低导热系数、较小热容量的轻质耐火材料，尤其推荐使用新的耐火纤维材料，这样可达到降低能源消耗的效果。表5为隔热耐火材料在工业窑炉节能中的作用。由此可见，隔热保温材料是极具发展空间的高效节能材料。

2 RH炉耐火材料的使用现状分析

与双碳目标、绿色发展、智慧制造、发展与安全等相关的系列政策将进一步驱动高温工业科技创新，催生变革性高温新技术不断涌现，这将极大地推动耐火材料的科技创新和产业变革。此外，材料全生命周期碳足迹的核算，低碳绿色标准的建立，将使耐火材料产业发展面临巨大挑战，同时也将更充满机遇和活力。但总体来讲，随着高温工业碳达峰目标实现和技术创新，耐火材料发展总的趋势是量降质增。从双碳目标、低碳绿色高质量发展角度看，我国耐火材料产业存在着一些突出的问题。首先是耐火原料出口多，我国耐火原料出口在世界占比高，各品级镁砂、碳化硅、棕刚玉、白刚玉等碳排放量很高;我国耐火材料产量第一，其中不定形耐火材料占比低，高能耗的普通硅砖出口量大，绿色高品质材料占比较低，产品结构需要进一步优化;耐火材料制造以天然气等化石能源为主，碳排放高;耐火材料制造过程能效与余热废热利用率需要进一步提高;用后耐火材料再资源化利用率需要进一步提高。

3 RH炉耐火材料的使用创新策略

3.1窑内挡砖圈的设置注意事项

避开二挡托轮、避开大齿圈、上过渡带等敏感区域。建议分段焊接。焊接前必须打好坡口，尽量机械加工。焊接时要均衡焊接，不可以在一点开始顺序焊接。某公司二线，原来其46m位置的砖经常发生扭曲、窜动，几次工艺改进后，效果不明显。后检查发现其第一道挡砖圈在窑口，第二道挡砖圈在46.3m处，距离过大，在36m处又增设一道挡砖圈，后续窑砖再也没有出现过扭动和窜动现象。

3.2浇注料

回转窑多采用高铝浇注料，高铝耐火浇注料是以高铝质原料为骨料和粉料，加入结合剂制成的耐火浇注料。高铝耐火浇注料具有较高的机械强度和良好的抗热震、抗磨蚀等性能。浇注料以其使用简单，砌筑方便而广泛应用于烧成系统的各不动设备的异形部位，顶盖、直墙和下料管等，回转窑前后窑口都采用耐火浇注料进行浇筑。根据抗高温热应力及机械应力的不同耐火浇注料含Al2O3从45%到95%，浇注料的施工方式有震捣、自流及喷射方式等，浇注料整体牢固，运行稳定。

3.3拆砖后窑砖前后要焊接挡铁

回转窑检修，耐火砖拆除后在翻动回转窑前，环向上一定要焊接好挡铁，如果要是长时间翻动回转窑，就需要在窑口方向和窑尾方向都要焊接挡铁，尤其是在分段换砖的时候，防止窑砖发生窜动。

3.4制备技术减碳化发展

开展含骨料复杂形状耐火材料均匀成型研究及近终形制备，以解决耐火材料结构功能化、轻量化、复杂形状材料制备的关键共性技术;研发定形制品成型新装备，提高效率减少能耗;研发烧结新技术新装备，如采用微波烧结技术、等离子烧结等新技术;耐火材料制造流程的优化，减少工序能耗及工序界面热损，推进智慧制造。

3.5窑口耐火材料施工

更换窑口耐火材料时，应先砌筑窑口专用砖，再进行窑口浇注料施工，防止窑口砖与窑口浇筑料砌砖过程中有缝隙，回转窑运行过程中出现窑口砖扭曲、挤碎情况发生。窑口浇注料施工完毕后必须按规定预留一定膨胀缝，耐火材料的烘烤必须按照设计规范进行。

3.6做好减碳基础设施研究

耐火材料生命周期评估（LCA）法、碳足迹吨CO2排放的计算;企业碳排放核算与核查;核定行业碳排放总量;碳市场机制与碳管理;碳排放核算标准等行业低碳发展系列标准的制定等。这些均是提高用能效率、低碳绿色发展的基础性工作，也是进入所服务行业的绿色通行证，对推动低碳技术发展和规范市场秩序具有主要作用。这些基础工作都在聚焦一个“立”字，在实现耐火材料全生命周期的绿色化、促进高温行业实现双碳目标中将发挥重要作用。

结束语

目前水泥窑用耐火材料基本仍离不开MgO-Al2O3 -SiO2三元相图所界定的范围，根据三种氧化物所含比例的大小分为镁质、硅质和高铝质三种，在这个三元系统中有两个耐火性能优良的二元化合物分别是莫来石3Al2O3·2SiO2（A3S2）和尖晶石（MA），充分利用这两个化合物，结合不断进步的配料、成型和烧结工艺，生产出了尖晶石类和莫来石类适合新型干法回转窑使用的耐火材料，供回转窑各带选用的耐火砖的种类越来越多。

参考文献

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