近年來，國內大型帶式焙燒機球團焙燒工藝快速發(fā)展，隨著首鋼400萬t及包鋼500萬t帶式焙燒機投產(chǎn)，2017年帶式焙燒機球團產(chǎn)量占比達20%左右。2019年5月，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司二期球團工程3#線400萬t/a項目工程點火成功。2019年福建三鋼閩光股份有限公司200萬t球團項目、2020年防城港400萬t球團項目、河鋼樂亭480萬t球團項目等工程均采用帶式焙燒工藝。我國在大型裝備走向國際，積極參與一帶一路建設中，為伊朗、阿爾及利亞等國建設的球團生產(chǎn)線也采用大型球團焙燒機工藝，取得了良好的經(jīng)濟效果和社會效益。大型帶式焙燒機是近年來剛剛興起的一種熱工設備，帶式焙燒球團技術未來會有很好的發(fā)展前景。

大型球團帶式焙燒機是動態(tài)的高溫設備，關鍵設備包括焙燒系統(tǒng)、熱風系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)。設備結構復雜，工況差異大，影響耐火材料應用效果的因素多，對耐火材料性能、結構設計及施工均有較高的要求，耐火材料的結構設計、材料配置及砌筑施工質量，是確保裝備高效運行的關鍵因素。耐火材料設計需要遵循長壽化、均衡化、節(jié)能化及功能化的設計思想，綜合解決大型帶式焙燒關鍵部位用耐火材料應用中存在的問題，使各個部位耐火材料內襯使用壽命均衡，減少停機檢修次數(shù)，有效延長使用壽命，提高生產(chǎn)作業(yè)率，降低能源消耗，提高資源綜合效率。

01新型耐火材料的應用

大型球團帶式焙燒機焙燒工藝包括干燥、預熱、焙燒、均熱、冷卻等過程，各工藝過程均在帶式焙燒機主體設備上完成。主體設備不同部位對耐火材料性能要求差異比較大，必須根據(jù)工況條件，開發(fā)長壽化、功能化、節(jié)能化的新型耐火功能材料以實現(xiàn)設備均衡、長壽、高效、節(jié)能、環(huán)保運行。

1.1 燃燒室用耐火磚

燃燒室內溫度高達1500℃，燃燒室內氣流沖刷該裝備燃燒系統(tǒng)采用重油、天然氣和高熱值煤氣，大、溫度波動頻繁。目前，燃燒室耐火磚主要采用剛玉莫來石磚，該耐火磚以剛玉和莫來石為主要原料，需要在1650-1750℃的溫度下高溫燒成，該工藝生產(chǎn)的剛玉莫來石磚主要適用于高爐陶瓷杯、熔融氣化爐及炭黑爐，應用在帶式燒結機燃燒室在使用過程中存在剝落現(xiàn)象，對燃燒室使用壽命有很大的影響。而且高溫燒成工藝生產(chǎn)周期長、能耗大、成本高，制品抗熱振穩(wěn)定性低，顯氣孔率高。

針對燃燒室氣流速度大、溫度高及溫度波動大的工況條件，該部位耐火材料要求具有較好的熱振穩(wěn)定性、耐磨性及較高的強度，并且是具備抗剝落功能的新型耐火材料。燃燒室用耐火磚采用板狀剛玉、電熔莫來石等高純原料及優(yōu)質合成原料，采用高效分散技術和納米燒結技術，調控材料相組成和顯微結構，優(yōu)化材料的高溫性能，具備抗沖刷、耐侵蝕、不剝落，使用壽命長等特點氣1.2 高性能錨固磚

大型球團帶式焙燒機預熱段、焙燒段及均熱段頂部及側墻耐火材料內襯均需要高性能錨固磚，以便更好地連接、固定在主體設備上，其性能和質量是耐火材料內襯使用壽命的關鍵。主要有爐墻錨固磚、爐頂錨固磚，錨固磚技術要求強度高、熱振穩(wěn)定性好，一般用黏土熟料或三級磯土熟料做原料，經(jīng)高溫燒制而成。目前，帶式焙燒機朝著大型化、長壽化的趨勢發(fā)展，對其耐火材料內襯提出了更高的要求，錨固磚作為其重要構成部分，其性能更為關鍵。特別是預熱段頂部采用整體錨固磚組合爐頂結構，要求錨固磚必須具備強度高、抗沖刷、抗剝落、低蠕變等特征，能夠在1500Y以上的工況溫度下長期使用。為提升傳統(tǒng)錨固磚性能，改善其應用效果實現(xiàn)長壽化、功能化的目的，錨固磚骨料采用高純莫來石骨料、精選高鋁骨料、紅柱石骨料，基質釆用硅線石細粉、高純高鋁細粉，并采用高活性黏土細粉經(jīng)高溫陶瓷燒結。該錨固磚采用機壓成型工藝，選用高純原料，經(jīng)過高壓成型、高溫燒結，蠕變率低、抗剝落、耐沖刷性能好，滿足了復雜的工況條件，有效地延長了使用壽命。

1.3 高強度、低反彈噴涂料

帶式焙燒機大煙道、干燥段上罩及冷卻段上罩由于面積大、施工難度高及節(jié)能化要求一般采用輕質耐火噴涂料噴涂(見圖1)。輕質噴涂料主要原料為黏土熟料、陶粒和珍珠巖等，體積密度一般低于1.8g/cm?雖然具有良好的隔熱性能，但是其強度、耐磨性與重質噴涂料相比仍然較低，限制了其應用范圍，而且輕質噴涂料施工時反彈率比較高，可達30%，損耗較大。因此需提高輕質噴涂料的強度，降低施工反彈率以適應大型帶式球團焙燒機的工況條件。

為提高輕質耐火噴涂料的強度和耐磨性，降低噴涂料反彈率，預先按照配比配制復合結合劑，該復合結合劑最優(yōu)用量加入，凝固時間快，強度發(fā)展好，粘附性及燒結性好。該結合劑用于噴涂料強度高、施工性能好、反彈率低。通過對復合結合劑與焦寶石、輕質骨料的配比優(yōu)化，通過降低骨料臨界粒度，通過臥式球磨機、行星攪拌機三步混合提高均勻性、活性等措施進一步提高強度，降低反彈率。施工時，正確地調整噴涂設備的角度、距離和線速度，也是克服回彈現(xiàn)象、降低反彈率的有效途徑。

1.4 抗剝落澆注料

帶式焙燒機預熱段、焙燒段及均熱段側墻設計采用輕質保溫材料與澆注料整體澆注結構。由于階段性停機升降溫及工藝溫度波動均要求澆注料具備良好的熱振穩(wěn)定性和抗剝落功能。傳統(tǒng)的高鋁質澆注料和剛玉質澆注料在高溫物料的動態(tài)作用下和急冷急熱的破壞下，會發(fā)生大面積剝落，影響了設備的運行狀況，維修頻繁，生產(chǎn)成本增加。

抗剝落澆注料基質主晶相為莫來石相，在使用過程中各溫度條件下新的莫來石相仍能不斷地原位生成，進一步提高了材料的熱振穩(wěn)定性和高溫性能，新形成的針狀莫來石穿插于基質的莫來石相中，把骨料和基質緊密結合在一起，使該材料強度高，抗剝落性好叫抗剝落澆注料解決了耐火材料剝落的技術難題，延長了內襯的使用壽命，減少了維修次數(shù)，降低了生產(chǎn)成本。

02綜合砌筑設計與優(yōu)化

耐火材料結構設計必須綜合考慮材料性能、節(jié)能需要、壽命要求、施工可行及結構應力等方面的因素，形成科學、可行的結構設計方案。綜合砌筑結構能夠充分發(fā)揮材料性能，實現(xiàn)設備節(jié)能化、長壽化、均衡化的高效運行，滿足運行工況的要求，實現(xiàn)延長使用壽命的目的。

2.1 燃燒室新型砌筑結構

燃燒室內溫度高，溫度波動大，氣流速度高，不僅對耐火材料性能要求高，而且要求結構設計科學，應力分布均勻，綜合隔熱性能好，燃燒室設備外壁溫度不超過120設計采用多層復合梯度隔熱技術，工作層根據(jù)熱應力分布設計組合磚砌筑結構(見圖2)，不僅提高了能源利用效率，同時組合磚砌筑結構消除了燃燒室的結構應力及熱應力，有效提高了燃燒室的整體使用壽命。

2.2 頂部吊掛結構

傳統(tǒng)的頂部設計一般采用澆注料整體澆注結構，但是由于現(xiàn)場施工質量、烘烤溫度等問題，澆注料的性能很難充分發(fā)揮。帶式焙燒機焙燒段溫度高，存在氣流沖刷，頂部設計為吊掛磚整體吊掛組合砌筑爐頂結構(見圖3)。吊掛磚采用低蠕變、抗剝落吊掛磚，耐高溫，強度大。該結構安裝快捷、方便、安全，能有效消除結構應力，并能克服傳統(tǒng)整體澆注施工質量不佳或烘爐局限導致的耐火材料壽命低的技術問題，解決了頂部開裂、剝落的技術難題，隔熱性能好，節(jié)約能耗。

2.3 耐火材料錨固結構

帶式焙燒機全系統(tǒng)各種錨固釘數(shù)量大約50多萬個，錨固釘主要起到增強、錨固性作用，必須能夠將耐火材料固定在主體設備上，同時抵抗熱應力、機械應力的作用，不能引起耐火材料的剝落。通過熱力學、應變力學、高溫力學多角度研究，設計科學、應力分布合理、制作方便、安裝快捷、錨固牢固。帶式焙燒機不同部位的溫度和氣氛不同，必須根據(jù)工況條件和砌筑結構采用不同材質、形狀及布置，為保證應用效果錨固釘主要采用Cr25Ni20和lCrl8Ni9Ti不銹鋼材質，不銹鋼錨固釘占比達60%以上。傳統(tǒng)設計大部分錨固釘采用焊接組合，須兩次焊接施工，焊接T型錨固釘固定保溫層，然后將V型錨固釘焊接在T型錨固釘上固定工作層。錨固釘數(shù)量多，制作難度大，現(xiàn)場焊接工作量大，費用高。本文采用專利技術的耐火材料內襯錨固釘(專利號：201220257571.X)，該錨固釘制作簡單，現(xiàn)場焊接工作量小，施工快捷，降低50%的現(xiàn)場焊接工作量，而且固定各種厚度的保溫纖維制品效果好，用于噴涂內襯時并能降低施工反彈率。

2.4 無水冷隔墻結構

帶式燒結機為實現(xiàn)高溫加工所需要的工藝溫度，需要用隔墻對內部空間進行分割，由于內部溫度高，隔墻一般采用耐火澆注料或者耐火磚等耐火材料砌筑，內部或底部用金屬材料制作水冷冷卻通道支撐隔墻，冷卻通道在高溫和耐火材料重力雙重作用下，容易出現(xiàn)變形、漏水及倒塌問題。而且需要設置水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)需要冷卻塔、泵送系統(tǒng)及冷卻泵等配套設施，增加了投資費用和運行成本。無水冷隔墻用耐火磚及其砌筑結構見圖4。該耐火磚耐高溫，能夠實現(xiàn)相互鎖定，吊裝砌筑，不需要水冷、風冷系統(tǒng)，避免了變形、漏水及倒塌問題，降低了投資費用和運行成本。

03耐火材料施工和烘爐

在大型球團帶式焙燒機耐火材料設計時，一方面要考慮工況條件和耐火材料的性能，還必須對耐火材料的施工給予充分的重視，合理、科學組織施工，確保施工質量和烘爐質量。對耐火材料的施工用水、加水量、儲存條件、保存期、環(huán)境溫度、模板安裝、攪拌、運輸、振動等方面必須制定明確的標準和要求。施工過程中用到攪拌機、噴涂機、空壓機及電焊機等設備，施工設備的類型及性能也是保證施工質量的重要因素，必須根據(jù)選用的耐火材料施工性能和現(xiàn)場環(huán)境條件對設備進行選型和配備。攪拌機要選用強制式攪拌機，空壓機要選擇螺桿空氣壓縮機，焊接要配備紅外線烘烤設備，以良好的裝備保證施工的質量。

不定形耐火材料設計在大型球團帶式焙燒機耐火材料中占比超過70%，為保證帶式焙燒機耐火材料內襯使用壽命，烘爐工藝及烘爐溫度對使用壽命至關重要，必須根據(jù)材料性能特點、耐火材料砌筑結構設計、制定科學的烘爐方案。不定形耐火材料是由耐火骨料、結合劑或外加劑以一定的比例組合的混合料，現(xiàn)場加水攪拌、振搗施工。施工完畢后未經(jīng)烘爐，外加劑中的鹽會析出，水泥中的氧化鈣成分在潮濕環(huán)境中與空氣中的二氧化碳發(fā)生酸堿反應，會在澆注表面析出碳酸鹽，外觀上會起“白毛”。表面疏松，內在的強度也會降低，嚴重的會有裂紋產(chǎn)生，直接影響耐火材料的高溫性能和使用壽命。

因此，耐火材料襯體施工完畢后一般20d內對耐火材料襯體及時進行烘烤，冬季7d內及時進行烘爐，并采取保溫、防凍措施。烘爐時，嚴格按照烘爐工藝及烘爐曲線進行烘爐，在600℃之前應該緩慢升溫和保溫，以便襯體中的水分充分排出，烘爐燃燒器禁止直接對準耐火材料砌體進行烘烤，要避免局部過熱造成耐火材料的開裂、剝落。

04結 語

針對大型球團帶式焙燒機不同部位的使用條件，通過高性能耐火磚，高強度、低反彈噴涂料，抗熱振、抗剝落剛玉莫來石澆注料等新型耐火材料的應用，并對燃燒室結構、頂部整體吊掛結構、耐火材料錨固結構及無水冷隔墻結構等耐火材料結構進行設計與優(yōu)化，加強耐火材料施工設計與烘爐管理，綜合解決大型球團帶式焙燒機關鍵部位和易損部位耐火材料應用技術難題，使耐火材料內襯使用壽命均衡、同步，減少停機檢修次數(shù)，有效延長使用壽命，提高作業(yè)率，降低能源消耗，提高資源綜合效率，達到良好的技術效果和社會效益。