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美標(biāo)Ⅱ/Ⅴ型熟料生產(chǎn)對(duì)耐火材料的影響

2007-11-15 00:00

      隨著國(guó)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(guó)標(biāo)對(duì)水泥質(zhì)量要求不同,在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)運(yùn)行質(zhì)量尤其是耐火材料的使用會(huì)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(yàn)。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(duì)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(guó)產(chǎn)高耐磨磚,燒成帶采用德國(guó)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(gè)月左右就會(huì)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(duì)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(shì)。影響窯內(nèi)耐火磚的使用周期主要有以下幾個(gè)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 


 ?、俑邷刈饔?nbsp;

  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(duì)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(huì)出現(xiàn)液相,所以會(huì)在分解爐、窯尾煙室、最下一級(jí)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(gòu)置了高壓水槍,保證了正常生產(chǎn),但在清理結(jié)皮的同時(shí)又對(duì)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(shí)對(duì)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(shí),窯襯所遭受的熱應(yīng)力最大。 

 ?、邴}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(duì)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(shí)產(chǎn)生的窯體橢圓度變形及彈性彎曲對(duì)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(duì)滑動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)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(duì)滑移量:Δu=28mm. 

  如果窯運(yùn)轉(zhuǎn)中輪帶相對(duì)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(shí)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(duì)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(huì)達(dá)到260N/mm2,同時(shí)擋磚圈材質(zhì)采用耐熱鋼,窯筒體采用A3鋼,在受熱時(shí)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?yàn)楦G徑大,將窯內(nèi)耐火磚厚度全部從220mm改為250mm,延長(zhǎng)使用壽命; 

  2.     2006年8月檢修時(shí)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(guó)產(chǎn)高耐磨磚好; 

  4.     對(duì)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(cè)好燃燒器的位置,避免掃窯皮現(xiàn)象,同時(shí)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(shí)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(gè)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(gè)月。這些改進(jìn)措施都取得了良好效果。 

 

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