新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料的使用技術(shù)要求

　　一、概述

　　最初，人們采用立窯煅燒水泥熟料時(shí)，由于窯的規(guī)格小，煅燒溫度低，僅使用含 Al₂O₃為 30～40%單一的一種粘土磚，初期的回轉(zhuǎn)窯在這一經(jīng)驗(yàn)上進(jìn)行改進(jìn)，采用了高鋁磚和粘土磚，從六十年代起，由于窯的大型化和強(qiáng)化操作，高溫部位窯襯普遍采用堿性磚砌筑，主要品種有：鎂鉻磚（Px83、B-Z-X、S-65）、尖晶石磚（Ag85、R-S-X、Fg90）和白云石磚（K12105）。

　　二、襯料的作用

　　1、 防止高溫火焰或氣流對(duì)窯體的直接損傷，保護(hù)窯胴體；

　　2、 防止有害物質(zhì)（CO、SO₂）對(duì)窯體的侵蝕；

　　3、 防止物料、氣流對(duì)窯體的腐蝕；

　　4、 降低窯體溫度，防止窯體被氧化腐蝕；

　　5、 具有蓄熱、保溫的作用；

　　6、 能夠改善掛窯皮性能。

　　三、堿性磚損壞原因

　　通過水泥窯的運(yùn)行實(shí)踐得出的共識(shí)是：機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕是三種最基本的損壞因素，絕大多數(shù)情況下它們綜合作用于耐火材料，并主要表現(xiàn)為：熱-機(jī)械綜合效應(yīng)和熱-化學(xué)綜合效應(yīng)。德國(guó)耐火技術(shù)公司對(duì)使用后的鎂鉻磚進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并統(tǒng)計(jì)了主要損壞原因出現(xiàn)的頻率：

　　1、 機(jī)械應(yīng)力占37%：由于窯體變形和磚的熱膨脹作用引起，窯胴體橢圓率ω（%）≤D（m）/10；輪帶的最大滑移量ΔU≤D（mm）/200，一般要求為10～15mm。

　　2、 化學(xué)侵蝕占36%：由于熟料硅酸鹽、鐵酸鹽以及堿鹽的侵蝕作用新型干法水泥技術(shù)引起。

　　3、 熱應(yīng)力占27%：由于過熱和熱震作用引起。 隨著窯型、操作的不同以及窯襯在窯內(nèi)位臵不一，以上三種因素便起著不同的作用。對(duì)上述三種基本損壞因素起決定作用的是：火焰、窯料和窯筒體在運(yùn)轉(zhuǎn)中變形狀態(tài)的變化，使襯里承受各種不同的應(yīng)力。破壞堿性磚的因素如下（共 8 個(gè)）：1、熟料熔體滲入；2、堿鹽滲入；3、還原和還原-氧化反應(yīng)；4、過熱；5、熱震；6、熱疲勞；7、機(jī)械應(yīng)力；8、磨刷。

　　所以，為求回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯磚難于損壞的重要因素是：1、抗熟料熔體和堿鹽侵蝕的能力強(qiáng)；2、抗熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的顯微結(jié)構(gòu)韌性好；3、抗熱負(fù)荷和熱態(tài)磨損的高溫穩(wěn)定性好；4、掛窯皮性能好；5、耐火磚的成份符合環(huán)保需要。

　　四、磚型選擇和磚的外形質(zhì)量控制

　　㈠、磚型選擇

　　1966年德國(guó)水泥廠協(xié)會(huì)（VDZ）推薦了用于水泥窯的磚型：

　　1、 ISO型（π/3型或 VDZ-A型）：粘土磚和高鋁磚；

　　2、 VDZ-B型（簡(jiǎn)稱 B型）：堿性磚。

　　最通用的厚度（高度）有 180mm，200mm 和220mm三種。水泥廠選擇楔形度大小不同的兩種磚型，只要改變每圈中這兩種磚的比例就可通用于該廠不同直徑的幾臺(tái)窯上。本廠一線窯Φ4.7×75m 耐火磚配比為B322:B622=80:117，二線窯Φ4.0×60m耐火磚配比為B320:B620=53:114，實(shí)際上采用的耐火磚配比為 X:Xa=53:109。

　　磚型代號(hào)意義：

　　B322：表示使用于 3m直徑窯上高度為 220mm的 B型磚；

　　B620：表示使用于 6m直徑窯上高度為 200mm的 B型磚。

　　磚型演變的結(jié)果：熱膨脹性較小的粘土磚和高鋁磚的磚型可以稍大，通常取 ISO型磚，其楔形面大頭寬度固定為 103mm，小頭寬度則隨窯徑和新型干法水泥技術(shù) 磚厚而變；熱膨脹性較大的堿性磚，通常取 B 型磚，其楔形面平均寬度為 71.5mm。

　　㈡、磚外形質(zhì)量控制

　　1、 尺寸公差：厚度公差±2%，最大±2mm；楔形面大頭和小頭寬度公差±2mm；大小頭差值的公差±1mm；長(zhǎng)度公差±1%，最大±1.5mm。

　　2、 邊損：允許熱面或冷面有兩條邊的損壞達(dá)20mm長(zhǎng)和3mm 深（分別在磚的兩側(cè)），但不準(zhǔn)超過。

　　3、 角損：熱面只許有一處角損，角損處三條棱的角損之和不超過30mm；冷面允許有兩處角損。

　　4、 凹坑、熔跡和鼓包：允許凹坑和熔跡的最大直徑為10mm，最大深度10mm；鼓包最大0.5mm。

　　5、 裂縫：不允許有平行于磨損面的裂紋；不長(zhǎng)于20mm，不寬于0.2mm的其它裂紋是允許的。

　　6、 磚受壓面的平整度：棱與中央面之間的高度差值小于 0.5mm。

　　7、 一批耐火磚中有各種缺損毛病的磚不超過總數(shù)的 4%。

　　五、耐火磚的砌筑

　?、濉⑴蛎浛p的留設(shè)

　　膨脹縫的留設(shè)是為了減小因磚的熱膨脹和窯胴體橢圓度造成的應(yīng)力。

　　1、堿性磚的橫縫：國(guó)外為1mm的火泥（火泥最大粒徑為 0.2mm），國(guó)內(nèi)為 2-3mm（國(guó)產(chǎn)磚外形質(zhì)量的規(guī)整度稍差）。本廠干法一線進(jìn)口磚采用干砌（潔凈法砌筑，磚面直接接觸，理論上脹縫為零），國(guó)產(chǎn)磚都采用濕砌，含干法二線窯內(nèi)耐火磚。 國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明：采用火泥砌筑的磚襯使用壽命長(zhǎng)。因?yàn)榛鹉嗟牧鲃?dòng)和壓縮性能都好，既使磚襯中個(gè)別單磚位臵有些傾斜，火泥也能防止砌后磚襯中發(fā)生較大空洞，通過磚縫傳布的力能分布在整個(gè)磚面上。因此，在機(jī)械應(yīng)力過大（如窯輪帶部位）的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)采用火泥砌筑。

　　2、堿性磚的豎縫（又稱環(huán)縫）：鎂鉻磚為2mm，尖晶石磚為3mm，只能采用紙板充填，不能采用鋼板，最好不用火泥。非堿性磚區(qū)內(nèi)的豎縫應(yīng)為零。[Page]

　?、妗醮u圈的結(jié)構(gòu)

　　回轉(zhuǎn)窯是斜度為 3-4%的旋轉(zhuǎn)鋼筒，在其運(yùn)轉(zhuǎn)中，巨量的襯磚和上面附著的窯皮向前窯口形成巨大的推力，使耐熱鋼材質(zhì)的窯口護(hù)鐵難以承受。因此，在距窯口約 0.8m的部位，設(shè)臵擋磚圈，既求對(duì)窯襯上推，又加固窯筒體使之保持規(guī)整。

　　擋磚圈的形式：

　　1、 凸緣型：高 30-50mm，寬 50-80mm，須配用異型磚，如圖 1；

　　2、 平坦型：高 50mm，寬 180mm，須配用異型磚，如圖 2；

　　3、 平行布臵的兩道等高型：即采用兩道“凸緣型”擋磚圈，其間距80mm左右，須配用異型磚，如圖 3。

　　本廠干法一線窯口擋磚圈采用的是“平行布臵的兩道等高型”，規(guī)格為 50×50mm，間距 80mm；干法二線窯口擋磚圈采用的是“平坦型”，高50mm，寬 180mm。在擋磚圈上均配臵 180mm長(zhǎng)的異型磚。 為了保護(hù)窯皮的穩(wěn)定性，燒成帶和過渡帶內(nèi)不應(yīng)設(shè)臵擋磚圈。在窯內(nèi)低溫部位設(shè)臵擋磚圈時(shí)，其距相鄰輪帶中心距離不少于 4m。本廠干法一線窯內(nèi)擋磚圈的位臵分別為： 0.71m、 39.95m、 47.95m、 55.95m、 65.95m、74.20m 共六道；干法二線窯內(nèi)擋磚圈的位臵分別為：0.68m、34.88m、44.88m、59.26m共四道。

　　六、耐火磚的使用

　　㈠、烘烤和冷卻

　　窯內(nèi)磚襯砌筑后，必須進(jìn)行妥善的烘烤。烘烤中，升溫速度不能太快，以免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力而導(dǎo)致磚襯開裂、剝落，尤其大型回轉(zhuǎn)窯。 升溫平穩(wěn)時(shí)，窯體溫度相應(yīng)漸增，向外漸脹，對(duì)磚襯的膨脹起道一定的 補(bǔ)償作用。在耐火磚的冷端（磚的大頭），隨磚型的不同，有一個(gè)厚50-70mm的低應(yīng)力區(qū)，超過該區(qū)后，壓應(yīng)力徒增。

　　以本廠干法一線為例：

　　1、一般檢修結(jié)束后，18h的升溫曲線：見圖 4。

　　2、窯慢轉(zhuǎn)：

　　停窯而不更換堿性磚時(shí)，降溫必須緩慢適度。初停窯時(shí)，絕不能靠排風(fēng)強(qiáng)制冷卻，這時(shí)，沖水冷卻窯襯的方法更必須禁用（若下大雨或大雪時(shí)，窯慢轉(zhuǎn)的間隔旋轉(zhuǎn)時(shí)間減半）。若窯皮厚度正常，又不露磚，應(yīng)先自然冷卻 8h，等窯皮表面變黑后，方可加快冷卻速度，如開窯門等。

　　怎樣在不損壞窯襯和窯體的前提下，加快烘窯速度，以求增產(chǎn)熟料，是水泥工作人員普遍感興趣的問題。如日本普遍采用 6～8h 的快速烘窯制度?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)采取以下措施：

　　1、 控制窯體。特別是使第二道輪帶處窯體不變形。回轉(zhuǎn)窯快速烘烤中，窯體升溫較快，而輪帶由于散熱面積大升溫要慢得多，若兩者間的溫差達(dá)到 60℃，窯體和輪帶間的間隙會(huì)降至零而產(chǎn)生“縮頸”現(xiàn)象，不但損壞耐火磚，所造成的窯體變形即使冷卻下來也不能完全復(fù)原。所以，此時(shí)就必須采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻第二道輪帶兩側(cè)的窯體。該區(qū)域的磚襯以濕砌為宜。

　　2、 控制廢氣溫度?？焖俸娓G中，燃耗甚至高達(dá) 3倍，窯內(nèi)氣流速度快，溫度高，必須將其廢氣溫度降至正常。所以，開窯時(shí)，要開啟增濕塔系統(tǒng)。

　　3、 選用適當(dāng)?shù)哪突鸫u。堿性磚在實(shí)際使用中，必須保持應(yīng)有的結(jié)構(gòu)韌性，顯氣孔率不能太小，厚度以下表為宜：

　　對(duì)于檢修更換的鎂鉻磚，不宜采用 6～8h 的快速升溫。另外，對(duì)水硬性澆注料，低溫階段要逐步排除附著水和化學(xué)結(jié)合水，高溫階段要避免物料被燒結(jié)，必須按物料的材質(zhì)、用量以及襯里厚度來決定升溫制度，通常為 15～30℃/h。常溫下，24h 的凝結(jié)期內(nèi)不能振動(dòng)和加熱。窯口澆注料在施工中，通常環(huán)向以 1m間隔規(guī)則的設(shè)臵膨脹縫（高度為砼厚度的2/3，厚度為10mm）。

　　㈡、掛窯皮和保護(hù)窯皮

　　耐火磚上第一層優(yōu)質(zhì)窯皮的形成條件是：熟料顆粒細(xì)小均勻，在同一溫度下，熟料中熔體的含量、粘度和表面張力適當(dāng)，且耐火磚熱面層中也形成少量熔體，于是，料層底部的熟料顆粒便和磚面牢固的相粘。這樣，層層熟料不斷地粘附，窯皮漸厚，直至窯皮加耐火磚組成的總厚度過于龐大，使窯皮表面溫度過高，造成該處熟料中熔體含量過多且粘度太稀，熟料粒度也增大過多，不再繼續(xù)相粘形成更厚的窯皮為止。 入窯生料成份和數(shù)量的波動(dòng)、火焰溫度和位臵的變化都使熟料及窯皮表面層中熔體含量、粘度和表面張力、熟料粒度發(fā)生變化，窯皮不斷消長(zhǎng)。

　　為求開窯時(shí)掛好窯皮，正常生產(chǎn)中維護(hù)好窯皮，必要時(shí)還要補(bǔ)掛好窯皮，應(yīng)做到：

　　1、 窯襯砌筑的前后，均要從嚴(yán)清除窯內(nèi)舊磚和雜物以及殘留于磚面上的火泥等，避免在火磚表面掛上質(zhì)量低的第一層窯皮。

　　2、 從嚴(yán)配合好烘窯中磚襯和窯料的升溫情況，確保進(jìn)入燒成帶的第一批窯料和該處火磚同時(shí)處于良好的掛窯皮狀態(tài)?？刹扇　傲艋鸫稀钡霓k法。

　　3、 開窯前和正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，都要嚴(yán)格檢查、控制窯用燃燒器系統(tǒng)，燃燒器結(jié)構(gòu)、位臵和火焰形狀應(yīng)保持在正常狀態(tài)下運(yùn)行。 為了滿足大型窯的種種要求，必須配套使用一系列的堿性磚、高鋁磚、耐堿磚、耐火澆注料和隔熱材料，構(gòu)成現(xiàn)代化的耐火襯里。