氧化铝循环沸腾焙烧炉耐火材料的应用

    中铝山东分公司为提高氧化铝生产工艺和技术装备水平，从德国卢奇公司引进一套产能为1600t/d氧化铝工艺技术及自动化水平高的流态化循环沸腾焙烧炉。1997年9月点火烘炉、投运。随后安装的一套于2001年11月点火。此套装置所用的耐火材料内衬为硅酸钙板、轻质浇注料、耐火浇注料、耐火粘土砖和耐火纤维及锚固件。
    一、氧化铝循环沸腾焙烧炉及其耐火材料的选择
    １、氧化铝循环沸腾焙烧炉的组成
    氧化铝循环沸腾焙烧炉用来焙烧氢氧化铝，由圆锥形旋风筒、文丘里烘干器、沸腾焙烧炉、喂料螺旋、流态化冷却机、循环床、卸料槽、下料管及风管和烟道组成。设备形状基本为圆筒形，最大设备外径5.8ｍ，高度32ｍ，设备外壳由钢板焊制，内衬采用不定形耐火材料、耐火砖、硅酸钙板及耐火纤维组成，并有锚固件联接固定，整个装置各个设备之间相互联接，构成一个密封的、整体性较强的结构装置。
    ２、氧化铝沸腾焙烧炉用耐火材料的选择
    本装置最高炉温约1100℃，最高压力约12.5ｋＰａ，最高流速48.5ｍ／ｓ，焙烧时间约30ｍｉｎ，即整个焙烧过程在高速、高温下完成。由于所处理的氧化铝物料硬度较大，流动性好，对氧化铝产品质量的要求严格，任何内衬杂质的混入都直接影响产品的性能，因此，要求耐火材料必须满足下列条件：耐高温、耐磨损、高强度、热稳定性能好，整体性及密封性强。
    在选用国产代用耐火材料时，应遵循三条原则：①保证所选各种耐火材料的理化指标满足卢奇公司的要求；②保证所选耐火材料有良好的施工性能，尤其是耐火烧注料；③所选耐火材料必须经过实践验证。根据这三条原则，经对国内十几家有实力的耐火材料生产厂家进行实地考察、比较筛选后，最终选择了６家耐火材料厂，经过与国外耐火材料的各项性能指标进行对比，所选用的国内耐火材料和卢奇公司的耐火材料性能指标接近，有些性能指标甚至超过了国外指标。
    二、氧化铝循环沸腾焙烧炉耐火材料的应用
    循环沸腾焙烧炉整个装置所用耐火材料共计762ｔ，主要有浇注料、耐火砖、硅酸钙板、硅酸铝纤维和耐火泥五大类，以及固定耐火材料的锚固件。[next]
    １、工作层用耐火材料
    耐火浇注料共计351ｔ，用于一级文丘里、冷却旋风筒、流化床冷却机、所有管道、烟道及沸腾焙烧炉下部和旋风筒的锥体部分，多为双层或三层。
    耐火砖共用269ｔ，主要用在沸腾焙烧炉、循环旋风筒、二级旋风分离器、二级文丘里干燥器以及烟道等。
    根据沸腾焙烧炉的工艺特点和不同的工艺参数及工况条件，工作层所用耐火材料的种类及层数不同。根据使用温度、物料性质，所有工艺管道进行轻质和重质浇注的配置，主要设备内衬采用绝热＋隔热＋耐火砖的工作层配置，使耐火材料节能效果更好。
    ２、隔热耐火材料
    隔热耐火材料有轻质浇注料、轻质隔热砖、硅酸钙板和耐火纤维。
    浇注料
    主要用在流化床冷却机、冷却旋风筒、一级文丘里干燥器及二级文丘里干燥器等主要设备的顶部和所有管道和烟道里面。
    保温砖
    保温砖共用41.76ｔ，主要用在流化床冷却机、一级文丘里干燥器和二级旋风分离器。
    硅酸钙板
    硅酸钙板共用97.5ｍ^３，有50ｍｍ厚和30ｍｍ厚两种规格，主要用在沸腾焙烧炉、循环旋风筒、冷却旋风筒及一级文丘里干燥器等。
    耐火纤维
    耐火纤维共用2.5ｔ，分为板类、毡类和毯类，主要用在膨胀缝、伸缩节、支架和入孔以及各种工艺孔周围。
    锚固件
    锚固件是内衬的主要组成部分，其作用是使内衬与炉壁牢固地结合。[next]
    锚固件的分布与炉温、耐火材料的性质、炉衬厚度、使用部位和所选用的锚固件形状及材料有关，有15种类型、40种规格，重量约3000ｋｇ的锚固件系统对炉衬的应力分布及热胀冷缩热应力的均衡、延长炉衬寿命，起至关重要的作用。
    三、效果及存在的问题
    １、效果与启示
    ①该炉子在耐火材料使用中注重隔热材料的使用，在高温设备沸腾焙烧炉和循环旋风筒上均采用五层耐火材料，四层隔热材料，保温效果很好。尽管炉子内部温度高达1100℃，但炉体外表温度仅为70℃左右。其它部位均有二层或三层隔热材料，故炉子整体热效率很高。
    ②不同设备、不同工况条件，选用不同的耐火材料，使耐火材料的使用比较经济、合理，对今后耐火材料的选用有一定的启示。
    ③不同炉温、不同耐火材质、不同炉衬厚度、不同使用部位，所用锚固件的形状、分布及材质不同。
    ④沸腾焙烧炉、循环旋风筒、二级旋风分离器、二级文丘里等拱顶采用异型砖逐环砌筑，环与环之间子母相扣，保障了球形拱顶的整体性能。解决了浇注料施工麻烦、养护时间长、损毁后难修补的问题。
    ２、存在问题
    在不到3年的应用中，沸腾焙烧炉内因二级文丘里干燥器、烟道等处红炉，曾停炉检修4次，原因有以下几点。
    结构不合理
    二级文丘里到二级旋风筒的通道高2.5ｍ，宽1.7ｍ，砖厚仅为180ｍｍ，且分两层（65ｍｍ和115ｍｍ），尽管设置有锚固件，但仍显不稳，使用不到一年即掉砖。遂在大修时进行改进，保持内表面积不变，高度不变，外壳加宽115ｍｍ，耐火砖加厚115ｍｍ，改为65ｍｍ保温砖和230ｍｍ耐火砖。改后的运行效果较好。[next]
    砖缝及膨胀缝较大
    此炉设计的耐火砖在位置高度上一般每间隔3.5ｍ留有25ｍｍ的臌胀缝，根据我国耐火材料的线变化，在1450℃、保温2ｈ，线收缩一般为+0～-0.2%，热膨胀系数300～400℃时为0.1%，故25ｍｍ的膨胀缝过大。停炉时透过所有膨胀缝可看到外层钢板。故根据理论要求，膨胀缝留７～８ｍｍ。
    文丘里、二级旋风筒及连接过道的耐火砖强度低，不耐磨
    开炉２年多以来，二级旋风筒的耐火砖由厚115ｍｍ磨损至局部仅为20ｍｍ，二级文丘里的耐火砖磨损仅为70ｍｍ左右，连接过道耐火砖已更换两次，此处所选砖的强度只为34ＭＰａ，说明此处的耐火砖不符合工艺要求。此外气流流速大，氧化铝对其的冲刷严格，应使用高强耐磨砖，因此在高铝质骨料中添加耐磨骨料，以增强耐火砖的耐磨性。耐磨骨料如刚玉、板状刚玉等都具有高耐火度、蠕变小、高密度、热震稳定性好、耐磨性好等优点，在该部位试用高强度耐磨砖，可显著提高内衬的使用寿命。
    浇注料之间施工缝隙过大
    沸腾焙烧炉与循环旋风筒之间的过道顶部为三层浇注料、两层保温浇注料、一层耐火浇注料，锚固件为ST－20－21型，由于施工缝隙过大，氧化铝穿过施工缝冲刷锚固件，导致锚固件断裂，浇注料脱落，影响生产。采用的措施包括增强锚固件的焊接强度，改进施工工艺；减少保温浇注料厚度，过道两端全部改为耐火浇注料，减少施工缝等。