中国建材总院攻克技术瓶颈 成功研制低导热多层复合莫来石砖

郑州瑞泰耐火科技有限公司根据市场需要，依托中国建筑材料科学研究总院先进的科研平台，结合企业自身完善的科研手段，针对大中型水泥回转窑过渡带耐火材料的使用条件,研制出低导热多层复合莫来石砖。这种新一代节能环保的莫来石砖具有高强度、低导热、高温耐磨、高荷重软化温度、抗侵蚀、抗热震等特点，达到了稳定长寿的使用效果。其产品性能和应用效果，以及产品的制备技术于2014年分别顺利通过河南省科技厅和中国建材联合会组织的专家鉴定，技术水平达到国际领先，填补了国内外空白。

“红窑”瓶颈影响水泥安全生产

为进一步贯彻落实国务院《节能减排“十二五”规划》和《“十二五”节能减排综合性工作方案》的部署，环境保护部、科技部、工业和信息化部等部委，相继出台了《水泥工业大气污染物排放标准》、《2014-2015年节能减排科技专项行动方案》等相关国家政策，实施节能减排科技专项行动，限制水泥行业污染性气体排放。据国家统计局今年发布的信息，2014年全国规模以上企业水泥总产量24.76亿吨。水泥熟料产量约18.34亿吨，按平均熟料综合能耗120千克标准煤/吨计算，2014年水泥行业要消耗掉近2.2亿吨标煤，每燃烧1吨标煤排放二氧化碳约2.6吨、二氧化硫约24公斤、氮氧化物约7公斤。据此，2014年水泥行业要排放近5.72亿吨二氧化碳、528万吨二氧化硫、154万吨氮氧化物及大量粉尘和其他有害气体。水泥生产作为能源消耗高、环境污染重的行业，迫切需要通过科技创新，降低吨熟料煤耗，减少污染性气体的排放。

现有水泥回转窑前后过渡带耐火材料由于没有窑皮保护，耐火砖直接受物料侵蚀、热负荷及机械应力冲击，使用条件十分苛刻。

目前我国大型水泥回转窑过渡带一般使用硅莫砖、硅莫红砖或镁铝尖晶石砖，使用寿命基本满足水泥生产要求。但由于镁铝尖晶石砖和硅莫砖、硅莫红砖导热系数大，镁铝尖晶石砖≥3.0W/M·K，硅莫砖≥2.8W/M·K，造成水泥回转窑运转过程中前后过渡带筒体外壁温度过高，平均340℃左右，最高可达400℃。筒体外壁温度高，带来一系列问题，如使窑筒体散热增大，从而增加了水泥吨熟料煤耗；增加了污染性气体排放，造成环境污染；由于窑筒体温度升高，为了保护回转窑筒体，不得不采用强风机降温，即使这样，严重的还有可能造成“红窑”；此外，极易使筒体受热膨胀，致使窑中部托轮瓦温度升高，磨损加快；另外，筒体过热增加了机械设备的损坏速度，使筒体变形，筒体变形又加速了耐火材料的损坏，其结果是掉砖红窑，产生恶性循环，严重会影响水泥回转窑的安全运转。

为了降低水泥回转窑筒体散热损失，提高回转窑运转率，国内外科技工作者为此进行了深入研究与探索。上世纪90年代开始，我国水泥行业就曾采用耐火材料多种复合方式降低回转窑筒体温度，如在水泥回转窑砌筑耐火砖之前先铺垫一层耐火纤维板作为保温层，来达到保温隔热降低热损耗的目的，使用初期效果较为明显，水泥回转窑筒体散热大大降低，但由于耐火纤维板强度过低，在使用中耐火纤维板受到挤压而产生变形，同时受热老化，致使回转窑筒体与耐火材料不能同步运转，造成工作层耐火砖短时间大面积脱落；一些厂家和研究单位对此进行了研究攻关，相继推出了高铝复合砖、碳化硅复合砖、镁橄榄石复合砖等。这些品种的复合砖一般采用重质材料和轻质材料复合方式，由于轻质部分结构强度过低，使用寿命受到限制，不能满足使用要求而没有大范围推广。

近年来，针对水泥回转窑过渡带耐火材料，出现了双层复合硅莫砖，即工作层采用硅莫砖，非工作层采用高铝砖，以此复合的耐火砖工作层基本满足了过渡带使用要求，但由于非工作层采用普通高铝材料，综合导热系数仍然偏高，对水泥窑筒体降温没有起到明显效果。由于以上复合方式工作层与复合层采用不同种材料，高温膨胀系数不一致，因此会造成生产或使用过程中从结合部断裂，严重影响水泥窑运转率。

顺应节能需求不懈努力攻关

郑州瑞泰耐火科技有限公司研制的低导热多层复合莫来石砖采用多层复合结构，分别为工作层、保温层、隔热层。工作层直接接触高温物料，具有高强度、低导热、高温耐磨、高荷重软化温度、抗侵蚀、抗热震的特性，达到了稳定长寿的使用效果；保温层采用特制高强多孔材料，具有高强度、低导热的特性，同时其作为支撑连接工作层与隔热层并与筒体直接接触；隔热层则采用超低导热的含锆氧化铝耐火纤维板，进一步降低了制品的导热系数。这一技术产品可用于大型水泥窑过渡带，不仅能够满足水泥窑的使用要求，且保温隔热效果远优于硅莫砖、硅莫红砖以及镁铝尖晶石砖，筒体外表温度明显降低。

科研人员在研制低导热多层复合莫来石砖时采用了以下关键技术，第一通过对工作层及保温层组成的优化设计，解决了工作层及保温层导热系数大、抗热震差等难题；第二是通过对多层复合结构的研究，解决了由于结合面膨胀系数不同，结合强度低、膨胀收缩不一致，导致生产、使用过程中出现变形、开裂的难题，最终产品保温层的常温耐压强度≥90MPa，结合部常温抗折强度≥15MPa；第三是通过对结合部结合强度的研究，实现了同步成型、同步烧成，解决了结构稳定性差，生产制作成品率低的难题。通过这种复合结构的研究，使制品综合导热系数≤1.65W/M·K；同时该产品砌筑同体积重量比硅莫砖轻10%、比镁铝尖晶石轻20%，减轻了水泥窑整体重量，延长了筒体使用寿命，使用周期达到或超过硅莫砖、硅莫红砖或镁铝尖晶石砖，具有显著的社会效益和经济效益。

现在，郑州瑞泰已具备年产3万吨的生产能力，产品已先后应用在北方水泥、南方水泥、华新水泥、西南水泥、中联水泥等数十家水泥厂，筒体温度降低50℃～80℃，节能降耗减排效果明显。据统计，截至2014年年底，全国规模以上企业水泥总产量为24.76亿吨，全国新型干法水泥生产线达1758条（含部分已停产项目），水泥熟料约18.34亿吨，如果采用低导热复合莫来石砖，按平均可降低吨熟料煤耗1千克计算，全国每年可节约标煤约183万吨，减少二氧化碳排放476万吨、二氧化硫排放44万吨、氮氧化物及其他有害气体排放13万吨。低导热多层复合莫来石砖的推广应用，为实现中国建材联合会提出的第二代新型干法水泥窑节能降耗环保的总体目标作出了积极贡献