При проектировании и строительстве промышленных печей выбор огнеупорных материалов напрямую влияет на производительность, срок службы и эксплуатационные расходы печи. Высокоглиноземистые огнеупорные материалы, широко применяемые в качестве категории огнеупорных материалов, в основном делятся на два типа: высокоглиноземистая бетонная смесь и высокоглиноземистый кирпич.

Хотя оба этих материала характеризуются высоким содержанием оксида алюминия, они значительно различаются по производительности, способам установки и эффекту применения. С развитием промышленных технологий и повышением требований к энергосбережению, применение высокоглиноземистой бетонной смеси в футеровке печей демонстрирует все более очевидные преимущества.

01 Ключевые преимущества высокоглиноземистой бетонной смеси

Высокоглиноземистая бетонная смесь как неформованный огнеупорный материал состоит из заполнителей, порошков и вяжущих веществ, перемешивается с водой и формуется путем заливки. По сравнению с формованными высокоглиноземистыми изделиями, она имеет несколько значительных преимуществ.

Высокоглиноземистая бетонная смесь обладает превосходной стойкостью к термическому удару, эффективно сопротивляется резким изменениям нагрева и охлаждения без растрескивания. Эта характеристика особенно важна для промышленных печей с частыми колебаниями температуры.

Высокоглиноземистые нанобетонные смеси в условиях водяного охлаждения при 900°C могут выдерживать более 50 циклов термических ударов, демонстрируя чрезвычайно стабильную термическую стабильность.

В плане структурной целостности высокоглиноземистая бетонная смесь благодаря монолитной заливке формирует бесшовную монолитную футеровку, полностью избегая проблем со швами, присущих кирпичным футеровкам.

Эта бесшовная структура не только повышает герметичность футеровки, но и эффективно предотвращает утечки газа и потери тепла, одновременно усиливая сопротивление проникновению расплавленного шлака.

Высокоглиноземистая бетонная смесь также демонстрирует исключительную механическую прочность. В частности, высокоглиноземистая высокопрочная бетонная смесь как разновидность бетонной смеси с низким содержанием цемента имеет прочность в 3-5 раз выше, чем у традиционных огнеупорных бетонных смесей.

Этот материал имеет низкое содержание цемента, соответствующее снижение содержания оксида кальция, что уменьшает образование легкоплавких веществ в материале, тем самым повышая огнеупорность и прочность при высоких температурах.

Гибкость в установке является еще одним большим преимуществом высокоглиноземистой бетонной смеси. Она может быть либо залита на месте в виде монолитной футеровки, либо изготовлена на заказ в виде сборных элементов для кладки.

Эта гибкость делает ее особенно подходящей для участков с сложной формой, где трудно класть огнеупорный кирпич, участков с резкими тепловыми колебаниями, а также участков, подверженных коррозии, износу и ударам.

02 Характеристики и ограничения высокоглиноземистого кирпича

Высокоглиноземистый кирпич как традиционный формованный огнеупорный материал имеет долгую историю применения в футеровках печей. В зависимости от содержания алюминия и технологии производства высокоглиноземистые кирпичи можно разделить на обычные высокоглиноземистые кирпичи, легковесные высокоглиноземистые кирпичи и высокоглиноземистые кирпичи с устойчивостью к отслаиванию и другие типы.

Легковесный высокоглиноземистый кирпич имеет объемную плотность 0,4～1,35 г/см³, пористость до 66%～73%, прочность на сжатие при комнатной температуре 1～8 МПа, теплопроводность 0,11～0,58 Вт/(м·К), характеризуется низкой теплопроводностью и превосходными теплоизоляционными свойствами.

Эти характеристики делают его широко применимым в теплоизоляционных слоях печей и футеровках участков без сильного воздействия расплавленных материалов.

Высокоглиноземистый кирпич с устойчивостью к отслаиванию, путем добавления циркона, придает продукту более высокую прочность, лучшую стойкость к химической коррозии, а также более низкий коэффициент теплового расширения и теплопроводности.

Его наибольшей особенностью является хорошая стойкость к термическому удару, сильная способность адаптации к различным атмосферным условиям, что делает его продуктом выбора для переходных и декарбонизационных зон цементных печей.

Однако высокоглиноземистый кирпич также имеет очевидные ограничения. Обычный высокоглиноземистый кирпич имеет ограниченную способность сопротивляться щелочной коррозии, и при использовании в суровых условиях, таких как вращающиеся цементные печи, проявляет короткий срок службы, требующий частых остановок печи для ремонта.

Проблема швов, присущая кирпичным конструкциям, также неизбежна. Эти швы могут стать каналами для утечки газа и проникновения шлака.

03 Сравнение сценариев применения

В зонах подогрева и декарбонизации цементной печи температура относительно низкая, но сульфатные и хлоридные щелочи из сырья и топлива могут улетучиваться, конденсироваться и накапливаться в печи, проникая внутрь кирпича.

Эти щелочные вещества, реагируя с огнеупорным материалом, вызывают объемное расширение, приводящее к разрыхлению поверхности кирпича, растрескиванию и отслаиванию.

В этих областях традиционный шамотный кирпич с трудом сопротивляется щелочной коррозии, а щелочестойкий кирпич или теплоизоляционный щелочестойкий кирпич предотвращают отслаивание путем формирования на поверхности высоковязкого глазурованного слоя.

Высокоглиноземистый кирпич с устойчивостью к отслаиванию является идеальным выбором благодаря своим превосходным щелочестойким свойствам. Однако на этих участках высокоглиноземистая бетонная смесь также демонстрирует отличные результаты, особенно ее бесшовность может эффективно предотвратить проникновение щелочи.

Для переходной и обжиговой зон, где температуры высоки, наличие гарниссажа нестабильно, а атмосфера сильно меняется, требуются огнеупорные материалы с превосходной стойкостью к термическому удару и коррозии.

За рубежом обычно рекомендуется использовать периклазошпинельный кирпич, но этот кирпич имеет высокую теплопроводность, что приводит к высокой температуре корпуса и увеличению теплопотерь.

Высокоглиноземистая бетонная смесь, благодаря своей исключительной стойкости к термическому удару и коррозии, может обеспечить более длительный срок службы на этих участках.

В зонах охлаждения и печного отверстия температура материала достигает около 1400°C, температурные колебания значительны, а истирание клинкера и эрозия потока газа очень серьезны.

На этих участках часто используются стойкие к термическому удару бетонные смеси, такие как износостойкие и термостойкие высокоглиноземистые кирпичи или армированные стальным волокном бетонные смеси. Монолитная заливка высокоглиноземистой бетонной смеси может эффективно сопротивляться износу и термическому удару.

04 Экономическая эффективность и эффективность монтажа

С точки зрения экономической эффективности, первоначальная стоимость высокоглиноземистой бетонной смеси может показаться высокой, но при комплексном рассмотрении срока службы, эффекта энергосбережения и затрат на техническое обслуживание, общая экономическая эффективность значительна.

Практика применения высокоглиноземистого композитного кирпича в вращающихся печах для оксида алюминия доказала очевидный теплоизоляционный эффект и длительный срок службы. В то время как высокоглиноземистая бетонная смесь обычно обеспечивает более длительный срок службы, сокращает частоту ремонтов печи, тем самым повышая коэффициент эксплуатации оборудования.

В аспекте энергосбережения, потери тепла с поверхности корпуса печи составляют около 17% от общего расхода тепла. Использование качественной теплоизоляционной футеровки может значительно снизить температуру поверхности корпуса, уменьшив потери тепла.

Высокоглиноземистая бетонная смесь, формируя плотную бесшовную футеровку путем монолитной заливки, может более эффективно уменьшать потери тепла и снижать энергопотребление.

С точки зрения эффективности монтажа высокоглиноземистая бетонная смесь особенно выделяется. Монтаж огнеупорного бетона может повысить скорость ремонта и кладки печи, срок службы близок к кладке из огнеупорного кирпича, поэтому стоимость ниже.

Монтаж высокоглиноземистой бетонной смеси прост и быстр, она может быть залита как монолитная футеровка или изготовлена на заказ в виде сборных элементов для кладки. Для срочного ремонта и аварийных ситуаций некоторые высокоглиноземистые бетонные смеси могут даже исключить этап обжига, обеспечивая быстрый ремонт.

05 Факторы выбора

При выборе между высокоглиноземистой бетонной смесью и высокоглиноземистым кирпичем необходимо комплексно учитывать несколько факторов, включая тип печи, рабочую температуру, атмосферные условия, механизмы износа и коррозии, а также бюджетные ограничения.

Для печей с частыми колебаниями температуры, таких как печи периодического действия, более подходит высокоглиноземистая бетонная смесь с превосходной стойкостью к термическому удару. В то время как для печей со стабильной температурой непрерывного действия высокоглиноземистый кирпич может быть более экономически эффективным.

В коррозионных средах, таких как присутствие паров щелочных металлов или кислых газов, высокоглиноземистый кирпич с устойчивостью к отслаиванию или высокоглиноземистая бетонная смесь со специальной формулой лучше сопротивляются химической коррозии.

Для участков с серьезным механическим износом, таких как печное отверстие, зона охлаждения, высокая износостойкость высокоглиноземистой бетонной смеси обеспечивает лучшую защиту.

Условия монтажа также являются важным фактором. Для футеровки печей сложной формы монтажная гибкость высокоглиноземистой бетонной смеси явно превосходит высокоглиноземистый кирпич.

В условиях ограниченных условий монтажа на месте предварительно изготовленный высокоглиноземистый кирпич может быть более удобным. Временной фактор не менее важен — высокоглиноземистая бетонная смесь требует определенного времени для отверждения, в то время как кирпичная конструкция может быть введена в эксплуатацию немедленно.

С постоянным прогрессом технологии огнеупорных материалов, рецептуры и процессы монтажа высокоглиноземистой бетонной смеси будут продолжать оптимизироваться, и сфера ее применения будет продолжать расширяться. Независимо от выбора материала, научный выбор, разумный дизайн и тщательный монтаж являются ключом к обеспечению длительной работы футеровки печи.

Будущее развитие огнеупорных материалов будет больше ориентировано на энергосбережение, защиту окружающей среды и эффективность использования ресурсов, и огнеупорная высокоглиноземистая бетонная смесь, несомненно, будет играть важную роль в этой тенденции.