中鋁山東分公司為提高氧化鋁生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備水平，從德國盧奇公司引進(jìn)一套產(chǎn)能為１６００ｔ／ｄ氧化鋁工藝技術(shù)及自動(dòng)化水平高的流態(tài)化循環(huán)沸騰焙燒爐。１９９７年９月點(diǎn)火烘爐、投運(yùn)。隨后安裝的一套于２００１年１１月點(diǎn)火。此套裝置所用的耐火材料內(nèi)襯為硅酸鈣板、輕質(zhì)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(huán)沸騰焙燒爐及其耐火材料的選擇
１、氧化鋁循環(huán)沸騰焙燒爐的組成
氧化鋁循環(huán)沸騰焙燒爐用來焙燒氫氧化鋁，由圓錐形旋風(fēng)筒、文丘里烘干器、沸騰焙燒爐、喂料螺旋、流態(tài)化冷卻機(jī)、循環(huán)床、卸料槽、下料管及風(fēng)管和煙道組成。設(shè)備形狀基本為圓筒形，最大設(shè)備外徑５．８ｍ，高度３２ｍ，設(shè)備外殼由鋼板焊制，內(nèi)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(lián)接固定，整個(gè)裝置各個(gè)設(shè)備之間相互聯(lián)接，構(gòu)成一個(gè)密封的、整體性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)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(shí)間約３０ｍｉｎ，即整個(gè)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(dòng)性好，對(duì)氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量的要求嚴(yán)格，任何內(nèi)襯雜質(zhì)的混入都直接影響產(chǎn)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(qiáng)度、熱穩(wěn)定性能好，整體性及密封性強(qiáng)。
在選用國產(chǎn)代用耐火材料時(shí)，應(yīng)遵循三條原則：①保證所選各種耐火材料的理化指標(biāo)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(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證。根據(jù)這三條原則，經(jīng)對(duì)國內(nèi)十幾家有實(shí)力的耐火材料生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察、比較篩選后，最終選擇了６家耐火材料廠，經(jīng)過與國外耐火材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，所選用的國內(nèi)耐火材料和盧奇公司的耐火材料性能指標(biāo)接近，有些性能指標(biāo)甚至超過了國外指標(biāo)（見表１）。
二、氧化鋁循環(huán)沸騰焙燒爐耐火材料的應(yīng)用
循環(huán)沸騰焙燒爐整個(gè)裝置所用耐火材料共計(jì)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(jì)３５１ｔ，用于一級(jí)文丘里、冷卻旋風(fēng)筒、流化床冷卻機(jī)、所有管道、煙道及沸騰焙燒爐下部和旋風(fēng)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(huán)旋風(fēng)筒、二級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)文丘里干燥器以及煙道等。
根據(jù)沸騰焙燒爐的工藝特點(diǎn)和不同的工藝參數(shù)及工況條件，工作層所用耐火材料的種類及層數(shù)不同。根據(jù)使用溫度、物料性質(zhì)，所有工藝管道進(jìn)行輕質(zhì)和重質(zhì)澆注的配置，主要設(shè)備內(nèi)襯采用絕熱＋隔熱＋耐火磚的工作層配置，使耐火材料節(jié)能效果更好。
２、隔熱耐火材料
隔熱耐火材料有輕質(zhì)澆注料、輕質(zhì)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(jī)、冷卻旋風(fēng)筒、一級(jí)文丘里干燥器及二級(jí)文丘里干燥器等主要設(shè)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(jī)、一級(jí)文丘里干燥器和二級(jí)旋風(fēng)分離器。
硅酸鈣板
硅酸鈣板共用９７．５ｍ３，有５０ｍｍ厚和３０ｍｍ厚兩種規(guī)格，主要用在沸騰焙燒爐、循環(huán)旋風(fēng)筒、冷卻旋風(fēng)筒及一級(jí)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(jié)、支架和入孔以及各種工藝孔周圍。
錨固件
錨固件是內(nèi)襯的主要組成部分，其作用是使內(nèi)襯與爐壁牢固地結(jié)合。
錨固件的分布與爐溫、耐火材料的性質(zhì)、爐襯厚度、使用部位和所選用的錨固件形狀及材料有關(guān)，有１５種類型、４０種規(guī)格，重量約３０００ｋｇ的錨固件系統(tǒng)對(duì)爐襯的應(yīng)力分布及熱脹冷縮熱應(yīng)力的均衡、延長爐襯壽命，起至關(guān)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(shè)備沸騰焙燒爐和循環(huán)旋風(fēng)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(nèi)部溫度高達(dá)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(shè)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(jīng)濟(jì)、合理，對(duì)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(zhì)、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(zhì)不同。
④沸騰焙燒爐、循環(huán)旋風(fēng)筒、二級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)文丘里等拱頂采用異型磚逐環(huán)砌筑，環(huán)與環(huán)之間子母相扣，保障了球形拱頂?shù)恼w性能。解決了澆注料施工麻煩、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長、損毀后難修補(bǔ)的問題。
２、存在問題
在不到３年的應(yīng)用中，沸騰焙燒爐內(nèi)因二級(jí)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(diǎn)。
結(jié)構(gòu)不合理
二級(jí)文丘里到二級(jí)旋風(fēng)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(shè)置有錨固件，但仍顯不穩(wěn)，使用不到一年即掉磚。遂在大修時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，保持內(nèi)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(yùn)行效果較好。
磚縫及膨脹縫較大
此爐設(shè)計(jì)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(jù)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(shù)３００～４００℃時(shí)為０．１％，故２５ｍｍ的膨脹縫過大。停爐時(shí)透過所有膨脹縫可看到外層鋼板。故根據(jù)理論要求，膨脹縫留７～８ｍｍ。
二級(jí)文丘里、二級(jí)旋風(fēng)筒及連接過道的耐火磚強(qiáng)度低，不耐磨
開爐２年多以來，二級(jí)旋風(fēng)筒的耐火磚由厚１１５ｍｍ磨損至局部僅為２０ｍｍ，二級(jí)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(qiáng)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(duì)其的沖刷嚴(yán)格，應(yīng)使用高強(qiáng)耐磨磚，因此在高鋁質(zhì)骨料中添加耐磨骨料，以增強(qiáng)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(wěn)定性好、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，在該部位試用高強(qiáng)度耐磨磚，可顯著提高內(nèi)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(huán)旋風(fēng)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(dǎo)致錨固件斷裂，澆注料脫落，影響生產(chǎn)。采用的措施包括增強(qiáng)錨固件的焊接強(qiáng)度，改進(jìn)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。