淺談美標(biāo)熟料生產(chǎn)對(duì)窯襯使用壽命的影響
窯用耐火材料(以下簡(jiǎn)稱窯襯)鑲砌在回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁,保護(hù)著筒體鋼板。窯襯的使用壽命對(duì)回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的連續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)、熟料產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)成本的控制具有十分重要的意義。本文就回轉(zhuǎn)窯煅燒美標(biāo)硅酸鹽熟料前后窯襯的變化情況進(jìn)行介紹。
1 窯襯被侵蝕的化學(xué)機(jī)理[1]
在熟料燒成過(guò)程中,預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間內(nèi)循環(huán)所富集的堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等,隨煙氣和原料侵蝕著窯襯,與窯襯發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng),生成新的低熔礦物,而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度的膨脹,致使窯襯剝落或開裂。有些新生低熔礦物會(huì)使窯襯結(jié)構(gòu)變得疏松,這樣耐火材料就失去了原有的特性,比如強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化,致使窯襯的使用壽命變低。
理論認(rèn)為生熟料中堿硫比(ASR)值的大小反應(yīng)出堿硫在窯料和窯尾內(nèi)存在的形式和對(duì)窯襯的侵蝕類型,根據(jù)堿硫比(ASR)值的大小分為三種情況:堿過(guò)量、硫過(guò)量和堿硫相對(duì)平衡對(duì)窯襯侵蝕的情況,一般來(lái)說(shuō),合適的堿硫比為0.8~1.2,此時(shí)對(duì)窯襯的侵蝕較弱。
2 從生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料到美標(biāo)熟料窯襯發(fā)生的變化
山東山水集團(tuán)所屬某子公司根據(jù)市場(chǎng)需要,利用5 000 t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線,由生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料轉(zhuǎn)產(chǎn)美標(biāo)Ⅴ型熟料,用以制備美標(biāo)水泥。
我公司生產(chǎn)美標(biāo)Ⅴ型熟料(表1)是從2006年11月19日開機(jī)調(diào)整配料,即由普通熟料配比轉(zhuǎn)為美標(biāo)熟料配比,21日開始試生產(chǎn),25日正式生產(chǎn),到30日結(jié)束,累計(jì)生產(chǎn)32 000 t美標(biāo)熟料。熟料的各項(xiàng)指標(biāo)合格,但為了達(dá)到C3A≤5%的指標(biāo),該公司付出了巨大代價(jià)。
2006年11月1日檢修時(shí),窯內(nèi)前12 m磚厚基本上都在150 mm左右,窯皮厚度100 mm左右。到12月28日8 m處紅窯檢修,僅僅不到兩個(gè)月時(shí)間,大部分磚厚在50 mm左右,窯皮厚度30 mm~50 mm。磚損耗100 mm以上。這一批磚是同年7月2日更換的,正常使用周期應(yīng)該是8~12個(gè)月。這一次僅僅使用了6個(gè)月。據(jù)此推算如果長(zhǎng)期生產(chǎn)美標(biāo)熟料,耐火磚的使用周期將縮短為3~5個(gè)月,一年內(nèi)窯燒成帶會(huì)多換2~3套磚,噸熟料增加直接成本2.27元/t左右 (未考慮檢修換磚產(chǎn)量的降低、成本的增加)。
表1 美標(biāo)Ⅴ型熟料質(zhì)量指標(biāo)(表1略)
3 窯襯嚴(yán)重侵蝕的原因分析
3.1 配料方案的選擇分析[2]
生產(chǎn)當(dāng)中可供選擇的鋁質(zhì)校正原料(頁(yè)巖)中堿含量很高,為滿足堿含量≤0.55%、C3A≤5%的指標(biāo),必須控制堿和鋁的含量,降鋁的辦法就是提高鐵含量。美標(biāo)熟料生產(chǎn)過(guò)程中正是采取了這種辦法,采用“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案(IM由1.45減小到0.88),直接配備生料入窯煅燒。在停生料磨之前先將生料庫(kù)幾乎空出,然后直接制備美標(biāo)V型熟料所需生料,出磨生料在1~2 h后入窯,中間無(wú)過(guò)渡,致使窯況出現(xiàn)較大波動(dòng),窯襯侵蝕加劇。
3.2 出窯熟料質(zhì)量
出窯熟料質(zhì)量情況見表2。(表2略)
3.3 窯襯侵蝕機(jī)理分析
由于指標(biāo)中必須大幅降低堿含量,生產(chǎn)實(shí)踐采取提高鐵的做法,實(shí)際上破壞了堿硫的相對(duì)平衡,入窯物料由堿硫的相對(duì)平衡,變?yōu)榱蚝繉?duì)堿相對(duì)增多的情況(見表3),這時(shí)侵蝕類型向硫過(guò)量為主導(dǎo)的情形轉(zhuǎn)變,侵蝕機(jī)理發(fā)生了明顯變化。同時(shí)在氧化氣氛下,煙氣內(nèi)的SOx與C2S中的CaO反應(yīng),生成無(wú)水石膏CaSO4(體積增加27.5%)。游離的SO3與窯內(nèi)C2S及鎂鉻磚內(nèi)的MgO等成分起化學(xué)反應(yīng),生成熔融化合物,主要有C2S、C3S、MgS2、CMS,上述反應(yīng)所生成的低熔融化合物,滲透耐火襯磚內(nèi),既破壞了耐火磚的耐火度,又損壞了窯襯的致密結(jié)構(gòu),降低窯襯的使用壽命。同時(shí),鎂鐵尖晶石磚在CaO作用下,Mg+被取代,生成Ca2Fe2O5,在此過(guò)程中,由于新相的成立,鎂鐵尖晶磚失去原有的陶瓷結(jié)構(gòu),降低了材料的強(qiáng)度。
表3 生產(chǎn)美標(biāo)熟料及其前后堿硫含量情況對(duì)比(表3略)
另外經(jīng)驗(yàn)公式告訴我們:
結(jié)皮值=熟料液相量+0.2C2S+2F[3]
對(duì)這一公式可解釋為:熟料液相是形成窯皮的主體,C2S的聚集結(jié)晶可促進(jìn)窯皮長(zhǎng)度增長(zhǎng),F(xiàn)e2O3能顯著降低燒結(jié)溫度和液相粘度,三者都可促進(jìn)窯皮的形成。結(jié)皮值達(dá)33時(shí),掛窯皮無(wú)困難,超過(guò)40時(shí),就會(huì)形成大塊熟料、結(jié)圈,或者掛不住窯皮的嚴(yán)重后果。為了保證恒定結(jié)皮值,必須降低鐵含量,因而提高鋁氧率勢(shì)在必行。按照上述公式計(jì)算可知:普通熟料結(jié)皮值為37.626,處在合理范圍內(nèi),美標(biāo)熟料結(jié)皮值為41.846,超出保持恒定結(jié)皮值的合理范圍,導(dǎo)致熟料液相粘度降低,窯內(nèi)高溫聚集,一方面燒成帶耐火磚燒蝕嚴(yán)重,另外形不成牢固窯皮,疏松窯皮易粘掛剝蝕耐火磚,耐火磚使用壽命大大縮短。這樣的計(jì)算所得結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)踐相吻合。
在生產(chǎn)美標(biāo)熟料期間,窯皮剝落較快,基本上掛不住窯皮,雖然采取了調(diào)整噴煤管和降低窯前喂煤,進(jìn)而降低產(chǎn)量(5 300 t/d)等措施,但是效果不大。
隨后恢復(fù)以前的配料方案,提高Al2O3,降低 Fe2O3(見表2)。從窯皮和筒體溫度檢測(cè)來(lái)看,窯皮粘掛有很大改善。大修停窯時(shí)檢測(cè),前12 m窯皮在100 mm左右,12 m以后窯皮厚200 mm左右。
3.4 生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)采取的對(duì)策
3.4.1 遵循原則
配料方案的確定和煅燒工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化宜采取循序漸進(jìn)的方法。盡管5 000 t/d預(yù)分解窯對(duì)原燃材料的適應(yīng)性強(qiáng),若采取一步到位的方法必會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)窯熱工制度的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響,從前面實(shí)例可知,對(duì)窯襯的破壞是災(zāi)難性的,同時(shí)熟料質(zhì)量穩(wěn)定性變差。
3.4.2 煅燒參數(shù)的調(diào)整
從熟料燒成理論可知,“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案會(huì)顯著降低液相生成溫度,導(dǎo)致液相提前出現(xiàn),易出現(xiàn)窯尾結(jié)皮、堵塞。因此對(duì)分解爐出口溫度的控制應(yīng)在一定范圍內(nèi),建議控制在880~860 ℃范圍內(nèi),嚴(yán)禁分解爐燒大火,溫度不能超過(guò)880 ℃,生料分解率90%為宜,對(duì)尾溫控制在1 050 ℃左右。根據(jù)熟料結(jié)粒、結(jié)大塊、窯皮脫落的情況,及火焰形狀、窯速控制、入爐風(fēng)溫風(fēng)量進(jìn)行同步適應(yīng)性的調(diào)整,使窯逐步適應(yīng)物料的變動(dòng)情況。中控人員應(yīng)準(zhǔn)確判斷,及時(shí)調(diào)整,把物料變化的不利影響降到最低,使新產(chǎn)生的窯皮牢固、致密地附著在舊窯皮上。
4 結(jié)束語(yǔ)
事實(shí)證明,5 000 t/d預(yù)分解窯能夠生產(chǎn)美標(biāo)熟料[4]等一些特殊品種水泥熟料,但切忌無(wú)過(guò)渡一步到位改變熟料配比,否則會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)窯熱工的穩(wěn)定和安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響,引起窯況、質(zhì)量大的波動(dòng),加速窯襯侵蝕速度,嚴(yán)重縮短窯襯等保溫材料的使用壽命,最終影響回轉(zhuǎn)窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 陶貴華,范泳.提高水泥窯用耐火材料使用壽命的技術(shù)要求[EB/OL].[2007-08-01].http://www.chinabmn.com/html/14/183/2007/8/ch53835105011870022205-o.htm.
[2] 汪瀾,崔素萍.再論預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)配料方案的選擇[J].水泥工程,1997(4).
[3] 姚立紅.懸浮預(yù)熱器窯防后圈的措施[J].水泥 .2005(1):36.
[4] 池金果.ASTMC150美標(biāo)V型波特蘭水泥熱料的生產(chǎn)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2007(3):14~15.
編輯:王中倩
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