1 前言

　　耐火材料工業(yè)爐窯用于原料的干燥、原料的輕燒、原料的燒結(jié)、磚坯干燥、制品燒成及不燒制品的熱處理等，是保證耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，同時也是生產(chǎn)中的耗能大戶。由于爐窯種類繁多，本文要點闡述我國燒結(jié)原料的豎窯、回轉(zhuǎn)窯及燒成制品的隧道窯、梭式窯的技術(shù)進(jìn)步，并對今后工作提出建議。


　　2 耐火材料工業(yè)爐窯技術(shù)現(xiàn)狀


　　隨著國內(nèi)技術(shù)開發(fā)水平的提高和全部技術(shù)經(jīng)濟(jì)交流的擴(kuò)大，耐火材料工業(yè)爐窯技術(shù)得到長足發(fā)展。
　　2.1 不富氧非常高溫煅燒技術(shù)


　　耐火材料工業(yè)三大技術(shù)為：高純原料、高壓成型和高溫?zé)?。在高溫?zé)煞矫妫覈_發(fā)了不富氧非常高溫煅燒技術(shù)，并相繼在非常高溫隧道窯、非常高溫豎窯、非常高溫回轉(zhuǎn)窯中得到廣泛應(yīng)用。這類非常高溫爐窯的主要技術(shù)特征是，不富氧條件下，煅燒溫度在1800℃以上。實現(xiàn)非常高溫的技術(shù)要點是：采用高熱值燃料，如油、天然氣等；利用各種窯型的各自特點，對助燃空氣和煅燒制品進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)熱；合理控制助燃空氣系數(shù)等，較終實現(xiàn)爐窯的高溫效率高。


　　2.1.1非常高溫隧道窯


　　非常高溫隧道窯主要用于制品的燒成，燒成溫度可達(dá)1800℃~1900℃，高溫技術(shù)成熟、可靠，已廣泛應(yīng)用于高純鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂鋁質(zhì)及剛玉質(zhì)等制品的燒成。


　　目前國內(nèi)非常高溫隧道窯已建幾十條，其主要技術(shù)性能是：窯長度：50m~130m；窯寬度：1.1m~3.2m；生產(chǎn)能力：5000t/a~32000t/a；單位產(chǎn)品熱耗：6600kJ/kg~6900kJ/kg。
非常高溫隧道窯多采用雙層拱頂預(yù)熱助燃空氣，使其溫度可達(dá)1000℃左右，從而有利于提高燒成溫度，也有延長拱頂窯襯壽命的作用。


　　2.1.2 非常高溫豎窯


　　非常高溫豎窯用于煅燒高純耐火材料原料，且以堿性材料居多，窯溫可達(dá)1900℃~2000℃。現(xiàn)國內(nèi)已投入使用的非常高溫豎窯主要性能：有效容積：3.5m3~19m3；窯內(nèi)徑：φ700mm~φ1600mm；生產(chǎn)能力：7000t/a~50000t/a；單位產(chǎn)品熱耗：2000kJ/kg~2500kJ/kg。

　　非常高溫豎窯利用系數(shù)大，生產(chǎn)率高。實際生產(chǎn)中，爐窯利用系數(shù)可達(dá)5t/m3 d~7t/m3 d，部分爐窯可達(dá)7t/m3 d~10t/m3 d。實現(xiàn)非常高溫的主要技術(shù)措施是：使窯內(nèi)二次空氣與物料良好接觸，充分吸收物料的物理熱，在進(jìn)入煅燒帶前溫度已達(dá)到1500℃以上。同時燃料通過燒嘴噴入窯內(nèi)，直接在熾熱的物料上汽化燃燒，燃燒效率高，爐窯高溫系數(shù)可達(dá)0.9以上。

　　2.1.3 非常高溫回轉(zhuǎn)窯

　　非常高溫回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)溫度可達(dá)1800℃~1950℃。主要用于煅燒燒結(jié)剛玉、合成莫來石、鎂鋁尖晶石、鎂鉻砂和鎂鈣砂等耐火原料，適應(yīng)范圍廣，煅燒質(zhì)量均勻。


　　國內(nèi)現(xiàn)有的高溫回轉(zhuǎn)窯有兩種規(guī)格：φ1.7m×40m和φ2m×60m，生產(chǎn)能力為6000t/a~20000t/a，單位產(chǎn)品熱耗為9900kJ/kg左右。為達(dá)到非常高溫煅燒，采取了以下幾點措施：1）煅燒帶內(nèi)襯為高等耐火材料，外層為隔熱材料，控制筒體的表面溫度低于普通回轉(zhuǎn)窯，有利于提高煅燒溫度，同時也節(jié)省了能源；2）通過回收窯尾煙氣的余熱，預(yù)熱一次空氣，并對二次空氣入窯進(jìn)行調(diào)控，從而在不用富氧的條件下，實現(xiàn)煅燒溫度大于1850℃；3）通過對一次風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以有效改變燒嘴火焰的直徑和長度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)煅燒帶的長度和火焰溫度；4）通過對窯內(nèi)壓力和燃燒系統(tǒng)壓力的自動調(diào)節(jié)，確保燃燒的穩(wěn)定，并具有調(diào)節(jié)靈活可靠的特點。


　　2.2 輕型節(jié)能梭式窯


　　梭式窯是可取代倒焰窯的新型間歇式爐窯，是國內(nèi)近十年來發(fā)展較為迅速的窯型之一。典型的梭式窯以輕型、薄壁、節(jié)能為特征，其主要特點是：a)適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)，籌備生產(chǎn)靈活，滿足以銷定產(chǎn)要求；b)采用輕型薄壁式窯墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯采用高溫輕質(zhì)材料，隔熱好，蓄熱量少；c)新型梭式窯采用高速等溫?zé)?高低錯落布置，噴出高速氣流，使窯內(nèi)氣流強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)，對流換熱效果非常大提高，高溫階段窯內(nèi)各點溫差可控制在5℃以內(nèi)。在低溫階段，采用調(diào)溫風(fēng)加大煙氣量，調(diào)節(jié)噴入窯內(nèi)煙氣溫度，窯內(nèi)溫差在5℃~10℃之間。采用高速等溫?zé)旌?，升溫、降溫速度快，故燒成周期短，提高了窯的周轉(zhuǎn)率，節(jié)約了燃料；d)裝卸磚在窯外進(jìn)行，生產(chǎn)勞動條件大大改善；e)可配置適宜的檢控儀表，采用PLC控制，實現(xiàn)全自動化操作。


　　各種梭式窯都采用了適當(dāng)?shù)臒煔庥酂峄厥沾胧?。通過生產(chǎn)實踐表明，輕型節(jié)能梭式窯燃料消耗僅是普通倒焰窯的30％~40％。


　　國內(nèi)現(xiàn)有梭式窯容積一般在10m3~80m3范圍內(nèi)，較近引進(jìn)了300m3燒硅磚用大型梭式窯。梭式窯燒成溫度1000℃~1800℃，可采用天然氣、煤氣、柴油、液化氣等作燃料。梭式窯主要用于生產(chǎn)高等耐火材料，如鎂質(zhì)制品、滑板、水口、剛玉磚、窯具等耐火材料。


　　2.3 爐窯自動化程度


　　隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，耐火材料工業(yè)重慶爐窯的控制水平也在提高。近年來，國內(nèi)一些耐火材料工業(yè)爐窯已實現(xiàn)自動化控制，其主要特點是：a)采用DCS或小系統(tǒng)控制站，通過檢驗和控制設(shè)備對爐窯生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、自動操作；b)采用燃料-空氣比例燃燒，實現(xiàn)爐窯燃燒的合理和節(jié)能；c)采用分區(qū)控制溫度技術(shù)，對不同爐窯制定相應(yīng)的分區(qū)方案，以實現(xiàn)爐窯內(nèi)溫度的合理分布和控制。在隧道窯中根據(jù)燒成品種的燒成曲線溫度分布，設(shè)置5-12個溫度控制區(qū)進(jìn)行控制。在梭式窯中，根據(jù)窯門、窯頂、窯底等各部位的傳熱差異，設(shè)4-9個溫度控制區(qū)，實現(xiàn)全窯的自動控制；d)對爐窯的升溫、保溫、降溫過程實行自動控制。特別對梭式窯已可實現(xiàn)點火、升溫、保溫、冷卻全過程控制，減少操作中人為因素的影響，提高產(chǎn)品成品率。


　　2.4 電加熱爐窯


　　近年來電加熱重慶爐窯的應(yīng)用在逐步增多，大多用于鎂碳磚、長水口、滑板等制品的熱處理，也用于滑板、長水口的焙燒及氮化硅等特種耐火材料的燒制。電加熱爐生產(chǎn)靈活，溫度控制方便可靠，生產(chǎn)環(huán)境好。電加熱爐窯中，用于熱處理的爐窯大多以連續(xù)性爐窯為多，使用溫度一般在200℃~350℃，裝機(jī)功率150kw~300kw。焙燒爐窯多為間歇作業(yè)，使用溫度大多在400℃~700℃，裝機(jī)功率隨產(chǎn)品品種和升溫速率要求，差異非常大，多在250kw~500kw。生產(chǎn)氮化硅結(jié)合碳化硅磚的電加熱爐窯溫度<1400℃。


　　2.5 環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用與推廣


　　耐火材料廠生產(chǎn)中存在的污染問題，使上海、北京、廣州等大城市，對建在市區(qū)內(nèi)的耐火材料廠，采取遷建或限停產(chǎn)措施。耐火材料工業(yè)爐窯是要點污染源，近年來著重推廣的環(huán)境保護(hù)措施是：a)采用效率高除塵器凈化煙塵。煙塵凈化要點推廣效率高布袋除塵器，由于受濾袋限制，要求進(jìn)布袋除塵器的煙氣溫度小于260℃～300℃。爐窯煙氣經(jīng)過效率高除塵器處理后，煙塵含量可控制在100 mg/m3以內(nèi)；b)瀝青煙氣的處理?；?、鎂碳磚等制品需要浸漬焦油，然后再在重慶爐窯中焙燒，脫除揮發(fā)份，于是產(chǎn)生瀝青煙氣，對工作場所和周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。


　　在瀝青煙氣處理上曾采用“白土吸附” 工藝，即用白土吸收瀝青煙氣，吸污后的白土進(jìn)行焚燒處理。此工藝繁雜，運(yùn)行成本高，并存在二次污染問題，實際運(yùn)行效果并不理想。


　　一些企業(yè)根據(jù)自身條件，采取焚燒瀝青煙的方法，工藝過程簡單?，F(xiàn)在有些產(chǎn)品使用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系結(jié)合劑，在熱處理時排放有害物，也采取焚燒廢氣的方法，將廢氣在熱風(fēng)爐中焚燒，焚燒溫度>750℃，燃燒容積熱強(qiáng)度在1300 GJ/m3h左右。


　　近年來，在部分油浸設(shè)施上采用了“洗油吸附”工藝。采用洗油吸收瀝青煙氣，其工藝流程如圖1所示。洗油吸附瀝青煙氣飽和后，可作為其它爐窯的燃料使用，降低成本，投產(chǎn)后使用效果較好。




　　2.6 先進(jìn)爐窯和落后爐窯并存


　　80年代以來，耐火材料工業(yè)迅猛發(fā)展，中國已成為世界耐火材料生產(chǎn)大國、出口大國。一些國外合資或獨(dú)資企業(yè)進(jìn)入中國市場，它們一般都有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實力和先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，在全部市場上有良好的聲譽(yù)，但其工業(yè)爐窯，大都采用我國的技術(shù)，從而反映出我國先進(jìn)的爐窯已獲得國外同行的認(rèn)可。

　　民營企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)下發(fā)展迅速，有一些效益好的企業(yè)新建了較高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線，但從民營企業(yè)總體來看，起點較低，裝備水平相對落后，還有相當(dāng)數(shù)量的土豎窯和倒焰窯。這造成先進(jìn)爐窯與落后爐窯并存局面，落后爐窯與節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的要求不相適應(yīng)，先進(jìn)爐窯還應(yīng)不斷進(jìn)步提高。


　　3 推動耐火材料工業(yè)爐窯技術(shù)進(jìn)步的建議


　　3.1 一體調(diào)研耐火材料工業(yè)爐窯狀況并制定相應(yīng)對策


　　我國耐火材料生產(chǎn)廠集中度差，爐窯現(xiàn)狀呈現(xiàn)多樣化，一些先進(jìn)的爐窯在發(fā)展推廣，一些落后的爐窯也在生存和再建。


　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些舊有企業(yè)的關(guān)停并轉(zhuǎn)，新型企業(yè)的日漸興起，耐火材料市場格局已發(fā)生重大變化。在此種局面下有必要對中國耐火材料工業(yè)爐窯的狀況再作摸底調(diào)查，搞清爐窯的分布、爐型狀況和能源消耗，制定耐火材料工業(yè)爐窯技術(shù)目錄，鼓勵發(fā)展高新技術(shù)，淘汰落后技術(shù)。這對一體提升耐火材料工業(yè)生產(chǎn)水平有積較意義。


　　3.2 推動節(jié)能工作進(jìn)步


　　加強(qiáng)耐火材料工業(yè)爐窯管理，降低爐窯燃料消耗，是耐火材料節(jié)能工作的要點。目前國內(nèi)只有個別耐火材料企業(yè)，設(shè)有能源管理機(jī)構(gòu)，相當(dāng)多的企業(yè)，缺乏必要的計量手段和科學(xué)的統(tǒng)計分析方法，對有關(guān)能源消耗及其變化的真實情況難以掌握，更難以有計劃有目標(biāo)地針對性地開展能源管理。


　　建議補(bǔ)充完善“耐火材料工業(yè)爐窯熱平衡測定計算方法統(tǒng)一規(guī)定”，制定耐火材料工業(yè)爐窯“熱效率”標(biāo)準(zhǔn)，將推薦性標(biāo)準(zhǔn)改為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制推動節(jié)能工作的進(jìn)步。


　　3.3 淘汰落后爐窯


　　各種不同爐窯燃料消耗有非常大差異。根據(jù)統(tǒng)計，不同窯型煅燒粘土、高鋁熟料的單位產(chǎn)品燃料消耗見表1，不同窯型煅燒制品的單位成品燃料消耗見表2。




　　由此可見，煅燒原料的土窯、燒成制品的倒焰窯都存在能源消耗高，且環(huán)境污染嚴(yán)重、操作環(huán)境惡劣的問題。目前這些落后爐窯在國內(nèi)仍在重復(fù)建設(shè)，應(yīng)堅決制止。對已建落后爐窯有必要進(jìn)行改造或淘汰。
　　3.4 開發(fā)新型適用爐窯


　　在對重慶爐窯正確評價的基礎(chǔ)上，推廣節(jié)能環(huán)保型爐窯，開發(fā)適合我國市場的爐窯。根據(jù)目前國內(nèi)耐火材料生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、市場多變的特點，建議開發(fā)新型爐窯：




　　a)
間歇式隧道窯
　　該窯型可以認(rèn)為是在梭式窯的基礎(chǔ)上，前端增加了預(yù)熱帶，后端增加了冷卻帶，使梭式窯具有隧道窯的高“熱效率”優(yōu)點，間歇式隧道窯特點可以概括為：1) 冷卻帶制品的余熱可以預(yù)熱二次空氣，燒成帶排出的余熱加熱磚坯，克服梭式窯能耗高的缺點；2) 降低排煙溫度,為煙氣凈化提供條件；3) 可實現(xiàn)窯外裝卸磚，改善操作人員勞動條件；4) 具有間歇窯靈活生產(chǎn)的特點，方便籌備生產(chǎn)。
　　b)
新型菱鎂石、白云石輕燒窯
　　新型菱鎂石、白云石輕燒窯的要求技術(shù)特征為：1）既適應(yīng)輕燒小粒礦石，又能適應(yīng)輕燒精礦粉；2）輕燒菱鎂石、白云石具有高活性度； 3）排放高濃度CO2煙氣，為經(jīng)濟(jì)回收CO2創(chuàng)造條件。

　　3.5 燃料結(jié)構(gòu)合理化


　　燃料燃燒后的產(chǎn)物，應(yīng)不污染產(chǎn)品，或者污染程度在產(chǎn)品質(zhì)量允許范圍內(nèi)。因此煅燒精料和燒成制品時，必須堅持采用低灰分液體燃料或高熱值氣體燃料。

　　由于我國單位國民生產(chǎn)總值占用燃料過高，造成燃料資源緊缺，相對而言，煤多，燃油少，高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐等回收煤氣不敷使用。從我國實際情況出發(fā)，開展的要點工作有：1）開發(fā)效率高煤粉制備設(shè)備，應(yīng)用無煙煤粉作為回轉(zhuǎn)窯燃料；2）綜合利用煤炭資源，采用水煤漿作為耐火爐窯的燃料（>1350℃）；3）開發(fā)兼顧使用氣體燃料和固體燃料，高熱值燃料和低熱值燃料以及富氧的二用或三用燒嘴技術(shù)。


　　3.6 推廣耐火爐窯采用富氧助燃技術(shù)


　　采用空氣助燃時，大量熱能被空氣中的N2氣帶走，幾乎占全部熱量的30％以上，致使熱利用率低，高溫煅燒困難且不穩(wěn)定。當(dāng)燃燒溫度>1300℃后，產(chǎn)生NOX量隨溫度呈指數(shù)級增加，在高溫、非常高溫條件下，煙氣含NOX量高，增加了治理難度。

　　富氧助燃，由于富氧空氣中N2減少，雖然煙氣比熱比空氣助燃略有提高，但隨著氧含量的增加，煙氣總量大幅度減少，使煙氣溫度迅速提高。這對于實現(xiàn)非常高溫?zé)傻墓?jié)能和減少排放NOX均有顯著效果。富氧空氣助燃的煙氣溫度按下式計算：tr=Qy/CV。Qy——燃料的低發(fā)熱值，kJ/kg m3 ；C ——煙氣平均比熱，kJ/ m3℃；V——煙氣生成量， m3/kg。

以下富氧空氣燃油的熱工參數(shù)可供參考。



　　富氧空氣的O2含量一般為22％～30％。目前我國小型制氧技術(shù)進(jìn)步非常大，采用富氧助燃在經(jīng)濟(jì)上已可行，因此推廣耐火爐窯采用富氧助燃技術(shù)，條件已經(jīng)成熟。


　　3.7 提高爐窯自動化控制水平


　　我國耐火材料工業(yè)爐窯總體自動化控制水平較低，有相當(dāng)部分爐窯對操作人員的依賴性很大，直接關(guān)系到爐窯的消耗和成品率，因此很有必要逐步提高控制水平。

　　爐窯自動化控制的關(guān)鍵，在于解決好一次測溫儀表，其次是數(shù)據(jù)的傳輸與智能化控制。對爐窯的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，對操作趨勢進(jìn)行預(yù)測調(diào)節(jié)，實現(xiàn)爐窯數(shù)字化操作，從而達(dá)到提高成品率、降低能源消耗、增收節(jié)支的目的。爐窯的智能控制是現(xiàn)代爐窯發(fā)展的方向。