“雙碳”背景下水泥窯耐火材料面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展探討

實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”，是黨中央、國務(wù)院作出的重大戰(zhàn)略決策，是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。高耗能行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也是推動(dòng)“雙碳”工作的重點(diǎn)難點(diǎn)行業(yè)，在此背景和行業(yè)特點(diǎn)下，耐火材料企業(yè)和水泥企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)、工藝的升級改造方面都在積極發(fā)力，也開發(fā)出了一系列節(jié)能降耗的新產(chǎn)品。那么，在水泥窯用新型耐火材料的研發(fā)、生產(chǎn)和使用上，水泥企業(yè)和耐火材料企業(yè)應(yīng)該怎么應(yīng)對，結(jié)合模塊化節(jié)能窯襯技術(shù)在洛陽中聯(lián)的應(yīng)用情況，談一下個(gè)人看法。

一、水泥窯用耐火材料的歷史

水泥窯用耐火材料的發(fā)展史就是隨著水泥生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步而在創(chuàng)新中持續(xù)自我提升、自我革命的發(fā)展史，也是水泥和耐火材料互相成就的發(fā)展史。

傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料品種比較單一，最早全窯采用Al2O3含量30%~40%的粘土磚。自二十世紀(jì)三十年代以后，為了提高窯襯壽命，在燒成帶開始配用Al2O3≥50%的高鋁磚。隨著窯爐規(guī)模逐漸增大和熟料產(chǎn)量、質(zhì)量的不斷提高，燒成帶用高鋁磚的使用壽命不能滿足要求，1936年在瑞士試用了鎂鋁磚，1938年在意大利首先使用了鎂鉻磚，預(yù)熱帶用粘土磚、分解帶熱端及冷卻帶采用高鋁磚、燒成帶采用鎂鉻磚，這種配套方案基本滿足了傳統(tǒng)水泥窯的使用需求。

八十年代初，我國開始引進(jìn)國外大型預(yù)分解水泥生產(chǎn)成套裝備，隨著水泥回轉(zhuǎn)窯向大型化預(yù)分解窯的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的普通鎂鉻磚已不能適應(yīng)，直接結(jié)合鎂鉻磚應(yīng)運(yùn)而生。在八十年代研制成功的適用于水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶的鎂鋁尖晶石磚，解決了過渡帶窯襯壽命低于燒成帶內(nèi)襯壽命的一大難題，使其燒成帶和過渡帶的使用壽命相匹配。實(shí)現(xiàn)了我國大型預(yù)分解水泥窯配套用耐火材料國產(chǎn)化。

二、水泥窯用耐火材料面對的挑戰(zhàn)及新產(chǎn)品的探索應(yīng)用

我國水泥工業(yè)發(fā)展迅速，從1985年起年產(chǎn)量及消費(fèi)量均穩(wěn)居世界第一，2020年全國累計(jì)生產(chǎn)水泥23.77億噸。但是，我國水泥行業(yè)業(yè)面臨的形勢也很嚴(yán)峻，一是熟料產(chǎn)能過剩，水泥企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)率低，2020年，全國11省市產(chǎn)量絕對量同比出現(xiàn)下滑，二是國家對“兩高”企業(yè)管控越來越嚴(yán)格，2021年11月15日國家發(fā)展改革委等5部門印發(fā)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2021年版）》通知，明確要求，水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗基準(zhǔn)水平是117Kg標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)桿水平為100Kg標(biāo)準(zhǔn)煤。依據(jù)能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平，限期分批（一般不超過3年）實(shí)施改造升級和淘汰，對于不能按期改造完畢的項(xiàng)目進(jìn)行淘汰。產(chǎn)能嚴(yán)重過剩和“雙碳”背景下出臺的一系列的管控政策對水泥窯用耐火材料提出了三個(gè)挑戰(zhàn)：

1.在國家“雙碳”背景下，對耐火材料的保溫、節(jié)能、環(huán)保功能提出了更高要求；

2.產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，因市場需求疲軟導(dǎo)致水泥窯開停頻繁，對窯用耐火材料的穩(wěn)定性及使用壽命是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)；

3.水泥企業(yè)積極開展智能化改造，耐火材料企業(yè)怎么從產(chǎn)品的施工及生產(chǎn)運(yùn)行檢測方面提高綜合服務(wù)能力以滿足用戶智能化升級的需要；

面對新的發(fā)展形勢，為積極貫徹落實(shí)國家節(jié)能降碳及創(chuàng)新發(fā)展的理念，中國建筑材料聯(lián)合會提出了水泥工業(yè)應(yīng)大力發(fā)展“第二代新型干法水泥技術(shù)”，耐火材料作為水泥燒成過程中不可或缺的內(nèi)襯材料，是第二代新型干法水泥技術(shù)重要的支撐條件。為滿足第二代干法水泥技術(shù)的要求，耐火材料應(yīng)具有節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、長壽高效、安全穩(wěn)定等多種功能。各耐火材料研究單位和耐火材料生產(chǎn)廠家做了大量研發(fā)推廣工作，研發(fā)了不同種類的效果穩(wěn)定、壽命長、低導(dǎo)熱復(fù)合磚，開發(fā)出了各類新型耐火材料產(chǎn)品。在進(jìn)一步提高耐火材料節(jié)能效果和適應(yīng)頻繁協(xié)同停窯方面取得了較好效果。

洛陽中聯(lián)水泥有限公司通過與河南中聯(lián)節(jié)能工程有限公司、河南瑞泰耐火材料科技有限公司、武漢科技大學(xué)及鄭州大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，研制試用了模塊化節(jié)能窯襯，該技術(shù)是輕量化耐火磚、功能型托板、陶瓷保溫材料和納米絕熱材料的集合體，具有安全穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了水泥回轉(zhuǎn)窯窯襯的整體模塊化施工，與傳統(tǒng)窯襯結(jié)構(gòu)相比，整體重量更輕，絕熱性能更好，高溫負(fù)荷條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)；與傳統(tǒng)的施工方式相比，投入人員數(shù)量更少，周期更短，效率更高，安全性更有保障。

模塊化節(jié)能窯襯于2018年開始在洛陽中聯(lián)試用，經(jīng)過三年多的試用，產(chǎn)生了較好的節(jié)能效果，

1.模塊化節(jié)能窯襯比原來使用鎂鐵尖晶石+硅莫磚，窯襯總重量減輕122 t，減輕比例為：18.7%。

洛陽中聯(lián)ф4.8x72m回轉(zhuǎn)窯輕量模塊化節(jié)能窯襯配置方案

2.使用輕量模塊化節(jié)能技術(shù)燒成帶筒體溫度平180--250℃，溫度下降90-110℃左右，窯皮溫度比較均勻穩(wěn)定；過渡帶筒體溫度平均230--260℃，溫度下降100-130℃左右。

窯筒體溫度對比表

3、使用輕量模塊化節(jié)能窯襯后回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)電流下降222--250A，噸熟料綜合電耗降低1.5KWh左右。

4.使用輕量模塊化節(jié)能技術(shù)噸熟料標(biāo)煤耗降低1.5到2.5kg。

5.噸熟料減少氮氧化物排放0.0738kg，年減少氮氧化物排放133t；噸熟料減少二氧化碳排放14.514kg，年減少二氧化碳排放26125t。

通過試用，在滿足節(jié)能降耗要求的同時(shí)，預(yù)熱帶、過渡帶等部位穩(wěn)定性和壽命都較傳統(tǒng)耐火材料有明顯優(yōu)勢，在燒成帶的使用上，由于模塊化節(jié)能窯襯與傳統(tǒng)的低導(dǎo)熱磚相比導(dǎo)熱率更低，不同種類材料在使用過程中共同承受熱負(fù)荷和荷載，導(dǎo)致在使用的過程中會出現(xiàn)停窯后磚縫過大的現(xiàn)象，對于此類情況，要從點(diǎn)火升溫和停窯冷卻的的過程加以控制，必須更加注重設(shè)計(jì)好升溫曲線，嚴(yán)格遵守慢升溫不回頭的升溫規(guī)定，停窯冷卻過程中，盡量晚開窯門，自然降溫，避免降溫過程中因?yàn)楦鞣N材料的導(dǎo)熱系數(shù)、收縮量不同而造成耐火材料的自我損傷。

面對耐火材料日新月異的創(chuàng)新發(fā)展，尤其是新型耐火材料的不斷面世，作為水泥企業(yè)，在耐火材料的管理使用上要從三個(gè)方面加大力度：

一是要有統(tǒng)一的耐火材料管理理念，更加注重新型耐火性材料的性能和使用條件，將耐火材料的使用管理作為水泥窯工藝管理的重要環(huán)節(jié)，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)質(zhì)量的管理和耐火材料的使用要一體化管理，避免造成耐火材料的非正常損壞，

二是使用的原燃材料要保持穩(wěn)定，盡量控制有害成分，防止結(jié)皮、副窯皮的產(chǎn)生；

三是處理危廢垃圾的生產(chǎn)線要與耐火材料生產(chǎn)廠家及時(shí)溝通，在耐火材料的配置方案上及時(shí)調(diào)整。

同時(shí)，耐火材料生產(chǎn)廠家也要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，形成科學(xué)溫度梯度，將不同種類材料限定在其許用溫度和強(qiáng)度范圍內(nèi)，在高溫高負(fù)荷的使用條件下，各種材料能夠發(fā)揮所長，絕熱材料能夠得到更好的保護(hù)，整體性能更加安全穩(wěn)定。

總之，對于新型耐火材料的使用，水泥生產(chǎn)企業(yè)和耐火材料研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)要同心同力，只有這樣，新產(chǎn)品、新技術(shù)才能順利使用，效果才能充分發(fā)揮。

三、窯用耐火材料的發(fā)展趨勢

隨著中國工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與國家十四五規(guī)劃實(shí)施方案的落地，耐火材料工業(yè)必然為迎合工業(yè)發(fā)展需求而不斷的創(chuàng)新；同時(shí)，國家對碳達(dá)峰、碳中和的高度重視，對“兩高”企業(yè)的嚴(yán)格管控，下游企業(yè)節(jié)能降耗、智能制造的改革，必將使優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、低碳、長壽、高效等新型耐火材料的需求不斷的增加，也迫使耐火材料企業(yè)不斷向高端產(chǎn)品及高精尖工藝的方向研究發(fā)展，所以耐火材料企業(yè)需要不斷提高企業(yè)的綜合實(shí)力，更重要的是提高研發(fā)創(chuàng)新能力，持續(xù)不斷的開發(fā)低耗能、高壽命的新型耐火材料產(chǎn)品，提高綜合服務(wù)能力以滿足新工業(yè)時(shí)代下水泥用戶的需求。

不僅僅是耐火材料需要持續(xù)不斷的開發(fā)，在“雙碳”目標(biāo)下，水泥行業(yè)新一輪節(jié)能降耗的浪潮正席卷而來。

為應(yīng)對未來嚴(yán)峻節(jié)能形式，不少水泥企業(yè)已經(jīng)開始積極行動(dòng)，探索節(jié)能降碳技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，布局光伏等新能源領(lǐng)域，但依然面臨眾多未知困難。為此，中國水泥網(wǎng)將于2021年12月21-22日，在安徽蕪湖海螺大酒店舉辦以“節(jié)能降碳 創(chuàng)新增效 綠色升級”為主題的“第九屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會暨水泥‘雙碳’大會”。誠邀政府主管領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)技術(shù)專家、科研單位、水泥生產(chǎn)企業(yè)和供應(yīng)商等，共同探討水泥行業(yè)節(jié)能減排新途徑，加速實(shí)現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展。