回转窑具有煅烧均匀、生产连续性强、产量大、产品杂质少等特点，已广泛应用于活性石灰和水泥等生产行业。但是，回转窑运行方式具有特殊性(内部烧成温度高，炉体处于连续滚动状态)，其内衬耐火材料普遍存在使用寿命短、炉衬散热严重等问题。因此，如何延长回转窑内衬材料的使用寿命，增强其保温性能，并降低运行、维护的成本和能耗，是亟待解决的问题。研究者通过对回转窑的破损调查、炉衬结构的改进和炉衬耐火材料的配方研究，对回转窑炉衬的长寿和节能降耗技术进行了探索。
回转窑炉衬破损调查
武钢600t/d燃煤型活性石灰回转窑，工作温度达到1300℃，是国内同类型窑的条生产线。投产以来，其炉衬材料曾采用过高铝砖、镁铬砖、镁尖晶石砖等。窑内工作温度最高的烧成带部位炉衬平均使用寿命不到12个月，耐材成本消耗较大，检修频繁，影响了生产的正常组织，也造成了产品质量的波动。运行时其炉壳表面温度可达到350℃，超过了设计安全范围(≤280℃)，不仅使运行的能耗增加，造成了能源浪费，增加了温室气体的排放量，而且导致接触窑体外壳的齿圈、托轮等传动机械设备存在较大的安全隐患。
研究者在停炉后进行的破损调查中发现，烧成带部位炉衬破坏最为严重，出现大量的砖体剥落、脱落的情况，残砖也出现较多的径向与轴向裂纹，局部炉衬厚度侵蚀掉一半以上，结圈物也主要在该部位积聚。研究者对结圈物进行了形貌及化学分析，发现其成分主要为硅酸二钙、硅酸三钙、黏结相铁铝酸四钙，这与石灰原料中的CaO和燃料煤粉中的氧化硅发生反应的结果有关。这样的结圈物强度低，结构松散，对炉衬不能起到保护作用，只会增加回转窑运行的负荷。从带有结圈物的炉衬工作面成分分布看，氧化钙由结圈物向炉衬逐步渗透，成分近似Al2O3·CaO和Al2O3·2CaO。结圈物对炉衬的基质会造成一定的侵蚀。
为了减小炉衬散热过多对炉窑机械的影响，减少能源的浪费，业界普遍采用保温材料来保证炉衬的隔热保温性能。该回转窑曾采用过“耐火砖+保温棉”的内衬结构，因为保温棉没有结构强度支撑，且厚度大，耐高温性能较差，需要与耐火砖分层砌筑，对耐火砖外形有特殊要求，施工周期长，砌筑质量不容易控制，所以该炉衬的使用效果不理想。研究者在破损调查中取出炉衬用后残余保温棉，发现其纤维已部分发生晶化，粉化严重，部分形成空洞，致使炉衬的隔热性能显著变差，也造成了炉衬整体结构的破坏。回转窑的运行状态是窑体整体处于滚动运动中，为了减少机械运转的负荷以及保证窑内的有效容积，回转窑炉衬的厚度和总重量都受到限制。炉衬耐火材料体积密度偏大，造成内衬重量过大，除增加了回转窑旋转的机械载荷以外，也是炉衬在滚动状态下挤压应力大，造成强度较低的保温材料损坏的原因之一。
通过对多种保温材料和炉衬结构的对比分析，以及计算机模拟传热计算，综合考虑回转窑炉衬的强度要求和保温性能要求，研究者认为，在大型回转窑采用重质耐高温耐磨工作层与轻质高强度保温层一体成型的免烧型复合预制件，可以满足较为均衡的性能与成本要求。市场上现有的部分复合砖，存在着轻质保温层结构强度过低、工作层与保温层结合强度不够的问题，不能满足回转窑等动态窑炉使用的要求。
复合炉衬预制件的研制
国内在回转窑上使用较多的耐材是镁铬砖和镁尖晶石砖。镁铬砖由于存在六价铬污染问题，在环保上属于应淘汰产品。镁尖晶石砖导热系数大，不利于炉衬的隔热保温，而且成本较高。研究者根据武钢活性石灰回转窑的炉况及原燃料的实际情况，进行了磷酸盐结合复合预制件的开发。研制的预制件的工作层采用均化矾土为主要骨料，能满足材料耐磨损性能的要求，成型后无需烧成，成本比传统镁铬砖、镁尖晶石砖降低了30%，而且杜绝了铬污染。工作层与保温层采用了基本相同的基质与结合剂体系，提高了两者的化学结合强度。工作层与保温层以锯齿形或齿轮形形成相互咬合的结构，可有效提高两者结合界面的抗剪切性能，使炉衬在动态下具有更高的整体结构强度。
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