美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料生產(chǎn)對耐火材料的影響

      隨著國內(nèi)水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高和企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，很多水泥企業(yè)開始出口美標(biāo)熟料、水泥（其中以美標(biāo)Ⅰ/Ⅱ型水泥為主），由于美標(biāo)與國標(biāo)對水泥質(zhì)量要求不同，在實(shí)際生產(chǎn)中對運(yùn)行質(zhì)量尤其是耐火材料的使用會產(chǎn)生很多不良影響。 

　　池州烸螺水泥公司生產(chǎn)美標(biāo)Ⅰ/Ⅱ型、Ⅱ/Ⅴ型熟料已有三年多的歷史，尤其是在8000T/D生產(chǎn)線上生產(chǎn)美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料，遇到過很多問題，也積累了很多寶貴經(jīng)驗。美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料生產(chǎn)難度大，技術(shù)要求高，具有很強(qiáng)的代表性，因此重點(diǎn)總結(jié)美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料生產(chǎn)對耐火材料的影響。 

　　1.耐火材料配置及損壞現(xiàn)象 

　　公司8000T/D生產(chǎn)線是引進(jìn)的伯力鳩斯窯系統(tǒng)，窯筒體規(guī)格為5.6×87米。窯口擋磚圈配置如下圖： 

窯口澆注料

　　窯口擋磚圈共兩道， 規(guī)格170×40mm，采用耐熱鋼制作。窯口采用PA80型剛玉莫來石質(zhì)澆注料及一米國產(chǎn)高耐磨磚，燒成帶采用德國雷法公司的Px83鎂鉻磚（220mm厚），上過渡帶使用進(jìn)口的RGAF尖晶石磚。在煅燒美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料后，我們發(fā)現(xiàn)燒成帶及過渡帶耐火磚使用壽命偏短，一般僅五個月左右就會出現(xiàn)高溫，需要停窯檢修，尤其窯口處出現(xiàn)紅窯現(xiàn)象更為頻繁。每次窯口處耐火磚損壞紅窯的現(xiàn)象基本相似：第一、二環(huán)高耐磨磚損壞脫落，第一道擋磚圈脫焊翹起，窯口澆注料損壞。 

　　2.耐火材料損壞原因分析 

　　通過查閱資料和其它窯型對比，我們認(rèn)為窯徑大是一方面因素。隨著窯筒體的直徑增大，橢圓度增大，耐火磚的壽命也有縮短的趨勢。影響窯內(nèi)耐火磚的使用周期主要有以下幾個因素： 

1.     熱應(yīng)力； 

2.     化學(xué)應(yīng)力； 

3.     機(jī)械應(yīng)力。 

根據(jù)相關(guān)資料[1]，如下圖所示，水泥窯用耐火材料的最主要破壞因素是高溫和化學(xué)侵蝕。 

 高溫帶窯用耐火材料的主要損毀原因 

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　　由于美標(biāo)熟料有其特殊的質(zhì)量要求，堿含量﹤0.6％，游離鈣f-CaO﹤1.0%，我們可以將其與普通熟料作一對比： 

從表中可以看出，美標(biāo)熟料中C3S含量高，溶劑礦物含量低，煅燒溫度要求很高，在生產(chǎn)實(shí)踐中其熱耗也明顯較高： 

這種熟料的鋁率很低、Fe2O3 含量高，煅燒中液相出現(xiàn)的最低共熔點(diǎn)低，一般在850～870℃就會出現(xiàn)液相，所以會在分解爐、窯尾煙室、最下一級旋風(fēng)筒等部位形成大量結(jié)皮，影響生產(chǎn)直至停窯清堵。我們專門購置了高壓水槍，保證了正常生產(chǎn)，但在清理結(jié)皮的同時又對窯尾處澆注料造成了不可避免的破壞，導(dǎo)致澆注料的消耗量大幅上升。 

　　每次停窯檢修，窯前面5米基本上沒有窯皮，耐火磚完全暴露于高溫火焰中。我們分析認(rèn)為熟料鋁率很低，液相粘度很小，窯皮難以維護(hù)，所以窯內(nèi)熱負(fù)荷很高，磚受到很強(qiáng)的熱應(yīng)力作用。 

　　由于窯料和窯氣之間有溫差，在窯回轉(zhuǎn)時對窯襯產(chǎn)生熱應(yīng)力，在窯內(nèi)無窯皮部位，出現(xiàn)突然停窯時，窯襯所遭受的熱應(yīng)力最大。 

　　②鹽侵蝕 

　　鹽滲透產(chǎn)生在窯內(nèi)物料揮發(fā)的部位，揮發(fā)物冷凝后生成的鹽滲透進(jìn)入耐火磚內(nèi)，侵蝕磚內(nèi)成分，隨著揮發(fā)冷凝過程反復(fù)出現(xiàn)，致密部位隨液相滲入，從磚面深入磚內(nèi)，導(dǎo)致耐火磚剝落損壞。 

　　窯氣內(nèi)游離SO2，、SO3與CaO反應(yīng)生成無水石膏CaSO4，體積膨脹275％。游離態(tài)SO3與鎂鉻磚內(nèi)作結(jié)合劑的C2S及磚內(nèi)的MgO作用： 

2C2S+MgO+ SO3                          CaSO4+C3MS2 

C3MS2+MgO+ SO3                      CaSO4+2CMS 

生成的低熔化合物滲透至耐火磚內(nèi)，造成磚體致密毀壞。 

　?、蹤C(jī)械應(yīng)力 

　　對耐火磚產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力主要有熱膨脹、窯的橢圓度應(yīng)力和徑向彎曲應(yīng)力。窯筒體變形是由窯內(nèi)襯磚的重量、窯料荷重和筒體自身重量的綜合因素造成的，導(dǎo)致筒體的圓形截面變成橢圓形。 

　　輪帶部位的窯筒體遭受的機(jī)械負(fù)荷最重，主要為窯回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的窯體橢圓度變形及彈性彎曲對窯襯產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，一般通過輪帶滑移量判斷筒體的橢圓度及變形量大小。 

窯筒體橢圓度ω值應(yīng)小于窯直徑的1/10: 

ω﹤D/10 (%)           ω:橢圓度 

輪帶最大允許相對滑動的經(jīng)驗值： 

Δu≤D/2  (mm) 

以φ5.6×87米回轉(zhuǎn)窯為例： 

筒體最大橢圓率：ω≤0.56％； 

輪帶最大相對滑移量：Δu＝28mm. 

　　如果窯運(yùn)轉(zhuǎn)中輪帶相對滑移量大于28mm,表明筒體與輪帶間隙過大，輪帶區(qū)域的磚受應(yīng)力增大，檢修時需要加墊板調(diào)整。窯口處存在有擋磚圈，容易產(chǎn)生變形，機(jī)械應(yīng)力也比較大。 

　　針對窯口處頻繁出現(xiàn)的問題，我們查閱相關(guān)資料[2]后發(fā)現(xiàn)這種擋磚圈產(chǎn)生的橢圓度應(yīng)力會達(dá)到260N/mm2，同時擋磚圈材質(zhì)采用耐熱鋼，窯筒體采用A3鋼，在受熱時兩種材質(zhì)的鋼板膨脹量不同，導(dǎo)致運(yùn)行中焊縫產(chǎn)生裂紋，直至脫焊翹起。所以窯口處耐火材料損壞的主要原因是機(jī)械應(yīng)力和高溫作用。燒成帶磚的損壞主要是窯皮脫落造成的熱震、無窯皮區(qū)域暴露于火焰中及堿鹽侵蝕造成，過渡帶磚主要是受窯皮頻繁變化造成的熱應(yīng)力、嚴(yán)重的硫酸鹽、堿鹽等侵蝕改變磚體結(jié)構(gòu)以及輪帶區(qū)機(jī)械應(yīng)力作用影響。 

　　3.改進(jìn)措施 

　　根據(jù)耐火材料損壞的各方面原因分析，我們檢修中逐步實(shí)施了一系列的改進(jìn)措施： 

　　1.     因為窯徑大，將窯內(nèi)耐火磚厚度全部從220mm改為250mm,延長使用壽命； 

　　2.     2006年8月檢修時在窯中45米處增加一道擋磚圈，減輕了窯口處耐火磚的機(jī)械應(yīng)力； 

　　3.     窯口處耐火磚改為雷法公司的AG85耐火磚，其熱震穩(wěn)定性能明顯比國產(chǎn)高耐磨磚好； 

　　4.     對窯內(nèi)擋磚圈進(jìn)行技改，采用了與筒體同材質(zhì)的普通鋼板，擋磚圈的脫焊現(xiàn)象不再發(fā)生，確保了擋磚圈部位的耐火材料運(yùn)行安全； 

　　5.     檢修后復(fù)測好燃燒器的位置，避免掃窯皮現(xiàn)象，同時抓好設(shè)備運(yùn)行管理，提高窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少開停窯時窯內(nèi)耐火磚的熱震。 

　　從運(yùn)行狀況來看，窯口及過渡帶耐火材料達(dá)到了8個月的運(yùn)行周期，主燒成帶的Px83耐火磚從2005年5月更換至今，已運(yùn)行22個月。這些改進(jìn)措施都取得了良好效果。