氧化鋁循環沸騰焙燒爐耐火材料的應用

中鋁山東分公司為提高氧化鋁生產工藝和技術裝備水平，從德國盧奇公司引進一套產能為１６００ｔ／ｄ氧化鋁工藝技術及自動化水平高的流態化循環沸騰焙燒爐。１９９７年９月點火烘爐、投運。隨后安裝的一套于２００１年１１月點火。此套裝置所用的耐火材料內襯為硅酸鈣板、輕質澆注料、耐火澆注料、耐火粘土磚和耐火纖維及錨固件。
一、氧化鋁循環沸騰焙燒爐及其耐火材料的選擇
１、氧化鋁循環沸騰焙燒爐的組成
氧化鋁循環沸騰焙燒爐用來焙燒氫氧化鋁，由圓錐形旋風筒、文丘里烘干器、沸騰焙燒爐、喂料螺旋、流態化冷卻機、循環床、卸料槽、下料管及風管和煙道組成。設備形狀基本為圓筒形，最大設備外徑５．８ｍ，高度３２ｍ，設備外殼由鋼板焊制，內襯采用不定形耐火材料、耐火磚、硅酸鈣板及耐火纖維組成，并有錨固件聯接固定，整個裝置各個設備之間相互聯接，構成一個密封的、整體性較強的結構裝置。
２、氧化鋁沸騰焙燒爐用耐火材料的選擇
本裝置最高爐溫約１１００℃，最高壓力約１２．５ｋＰａ，最高流速４８．５ｍ／ｓ，焙燒時間約３０ｍｉｎ，即整個焙燒過程在高速、高溫下完成。由于所處理的氧化鋁物料硬度較大，流動性好，對氧化鋁產品質量的要求嚴格，任何內襯雜質的混入都直接影響產品的性能，因此，要求耐火材料必須滿足下列條件：耐高溫、耐磨損、高強度、熱穩定性能好，整體性及密封性強。
在選用國產代用耐火材料時，應遵循三條原則：①保證所選各種耐火材料的理化指標滿足盧奇公司的要求；②保證所選耐火材料有良好的施工性能，尤其是耐火燒注料；③所選耐火材料必須經過實踐驗證。根據這三條原則，經對國內十幾家有實力的耐火材料生產廠家進行實地考察、比較篩選后，最終選擇了６家耐火材料廠，經過與國外耐火材料的各項性能指標進行對比，所選用的國內耐火材料和盧奇公司的耐火材料性能指標接近，有些性能指標甚至超過了國外指標（見表１）。
二、氧化鋁循環沸騰焙燒爐耐火材料的應用
循環沸騰焙燒爐整個裝置所用耐火材料共計７６２ｔ，主要有澆注料、耐火磚、硅酸鈣板、硅酸鋁纖維和耐火泥五大類，以及固定耐火材料的錨固件。
１、工作層用耐火材料
耐火澆注料共計３５１ｔ，用于一級文丘里、冷卻旋風筒、流化床冷卻機、所有管道、煙道及沸騰焙燒爐下部和旋風筒的錐體部分，多為雙層或三層。
耐火磚共用２６９ｔ，主要用在沸騰焙燒爐、循環旋風筒、二級旋風分離器、二級文丘里干燥器以及煙道等。
根據沸騰焙燒爐的工藝特點和不同的工藝參數及工況條件，工作層所用耐火材料的種類及層數不同。根據使用溫度、物料性質，所有工藝管道進行輕質和重質澆注的配置，主要設備內襯采用絕熱＋隔熱＋耐火磚的工作層配置，使耐火材料節能效果更好。
２、隔熱耐火材料
隔熱耐火材料有輕質澆注料、輕質隔熱磚、硅酸鈣板和耐火纖維。
澆注料
主要用在流化床冷卻機、冷卻旋風筒、一級文丘里干燥器及二級文丘里干燥器等主要設備的頂部和所有管道和煙道里面。
保溫磚
保溫磚共用４１．７６ｔ，主要用在流化床冷卻機、一級文丘里干燥器和二級旋風分離器。
硅酸鈣板
硅酸鈣板共用９７．５ｍ３，有５０ｍｍ厚和３０ｍｍ厚兩種規格，主要用在沸騰焙燒爐、循環旋風筒、冷卻旋風筒及一級文丘里干燥器等。
耐火纖維
耐火纖維共用２．５ｔ，分為板類、氈類和毯類，主要用在膨脹縫、伸縮節、支架和入孔以及各種工藝孔周圍。
錨固件
錨固件是內襯的主要組成部分，其作用是使內襯與爐壁牢固地結合。
錨固件的分布與爐溫、耐火材料的性質、爐襯厚度、使用部位和所選用的錨固件形狀及材料有關，有１５種類型、４０種規格，重量約３０００ｋｇ的錨固件系統對爐襯的應力分布及熱脹冷縮熱應力的均衡、延長爐襯壽命，起至關重要的作用。
三、效果及存在的問題
１、效果與啟示
①該爐子在耐火材料使用中注重隔熱材料的使用，在高溫設備沸騰焙燒爐和循環旋風筒上均采用五層耐火材料，四層隔熱材料，保溫效果很好。盡管爐子內部溫度高達１１００℃，但爐體外表溫度僅為７０℃左右。其它部位均有二層或三層隔熱材料，故爐子整體熱效率很高。
②不同設備、不同工況條件，選用不同的耐火材料，使耐火材料的使用比較經濟、合理，對今后耐火材料的選用有一定的啟示。
③不同爐溫、不同耐火材質、不同爐襯厚度、不同使用部位，所用錨固件的形狀、分布及材質不同。
④沸騰焙燒爐、循環旋風筒、二級旋風分離器、二級文丘里等拱頂采用異型磚逐環砌筑，環與環之間子母相扣，保障了球形拱頂的整體性能。解決了澆注料施工麻煩、養護時間長、損毀后難修補的問題。
２、存在問題
在不到３年的應用中，沸騰焙燒爐內因二級文丘里干燥器、煙道等處紅爐，曾停爐檢修４次，原因有以下幾點。
結構不合理
二級文丘里到二級旋風筒的通道高２．５ｍ，寬１．７ｍ，磚厚僅為１８０ｍｍ，且分兩層（６５ｍｍ和１１５ｍｍ），盡管設置有錨固件，但仍顯不穩，使用不到一年即掉磚。遂在大修時進行改進，保持內表面積不變，高度不變，外殼加寬１１５ｍｍ，耐火磚加厚１１５ｍｍ，改為６５ｍｍ保溫磚和２３０ｍｍ耐火磚。改后的運行效果較好。
磚縫及膨脹縫較大
此爐設計的耐火磚在位置高度上一般每間隔３．５ｍ留有２５ｍｍ的臌脹縫，根據我國耐火材料的線變化，在１４５０℃、保溫２ｈ，線收縮一般為＋０～－０．２％，熱膨脹系數３００～４００℃時為０．１％，故２５ｍｍ的膨脹縫過大。停爐時透過所有膨脹縫可看到外層鋼板。故根據理論要求，膨脹縫留７～８ｍｍ。
二級文丘里、二級旋風筒及連接過道的耐火磚強度低，不耐磨
開爐２年多以來，二級旋風筒的耐火磚由厚１１５ｍｍ磨損至局部僅為２０ｍｍ，二級文丘里的耐火磚磨損僅為７０ｍｍ左右，連接過道耐火磚已更換兩次，此處所選磚的強度只為３４ＭＰａ，說明此處的耐火磚不符合工藝要求。此外氣流流速大，氧化鋁對其的沖刷嚴格，應使用高強耐磨磚，因此在高鋁質骨料中添加耐磨骨料，以增強耐火磚的耐磨性。耐磨骨料如剛玉、板狀剛玉等都具有高耐火度、蠕變小、高密度、熱震穩定性好、耐磨性好等優點，在該部位試用高強度耐磨磚，可顯著提高內襯的使用壽命。
澆注料之間施工縫隙過大
沸騰焙燒爐與循環旋風筒之間的過道頂部為三層澆注料、兩層保溫澆注料、一層耐火澆注料，錨固件為ＳＴ－２０－２１型，由于施工縫隙過大，氧化鋁穿過施工縫沖刷錨固件，導致錨固件斷裂，澆注料脫落，影響生產。采用的措施包括增強錨固件的焊接強度，改進施工工藝；減少保溫澆注料厚度，過道兩端全部改為耐火澆注料，減少施工縫等。