水泥窯用耐火材料的長(zhǎng)效環(huán)保技術(shù)措施

水泥窯用耐火材料的長(zhǎng)效環(huán)保技術(shù)措施
水泥窯用耐火材料的長(zhǎng)效環(huán)保有關(guān)窯襯的主要損壞機(jī)理一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為4個(gè)帶，即分解帶、過(guò)渡帶、燒成帶和冷卻帶。四帶中，燒成帶窯襯為關(guān)鍵，目前外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性耐火磚。

水泥窯用耐火材料的長(zhǎng)效環(huán)保技術(shù)措施

熱、機(jī)械和化學(xué)3種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)的應(yīng)力并導(dǎo)致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內(nèi)位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應(yīng)力。

對(duì)堿性耐火磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原－氧化反應(yīng)、過(guò)熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對(duì)窯內(nèi)不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現(xiàn)就這8種因素?fù)p壞堿性耐火磚的機(jī)理分別作一簡(jiǎn)述。

1.熟料熔體滲入

熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S和會(huì)強(qiáng)烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會(huì)析出鉀霞石；而熔體則會(huì)充填磚襯內(nèi)氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力雙重作用，導(dǎo)致磚易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預(yù)分解窯入窯物料溫度已達(dá)800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個(gè)預(yù)分解窯內(nèi)，即熟料熔體對(duì)預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

2.揮發(fā)性組分的凝聚

解窯內(nèi)，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾熱級(jí)預(yù)熱器中生料的R2O、SO3含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位，物料中的揮發(fā)性組分將會(huì)在所有磚面及磚層內(nèi)凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導(dǎo)致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機(jī)械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開始整個(gè)無(wú)窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴(yán)重，因此要特別注意對(duì)該部位窯襯的選型。

3.還原或還原－氧化反應(yīng)

當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內(nèi)的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴(kuò)散能力比Fe3+強(qiáng)得多，這又進(jìn)一步加劇了體積收縮效應(yīng)，從而使磚內(nèi)產(chǎn)生孔洞、結(jié)構(gòu)弱化、強(qiáng)度下降。同時(shí)，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應(yīng)反復(fù)發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過(guò)程主要發(fā)生在無(wú)窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。

4.過(guò)熱

當(dāng)窯熱負(fù)荷過(guò)高，使磚面長(zhǎng)時(shí)間失去窯皮的保護(hù)時(shí)，熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動(dòng)和熱疲勞，易于損壞。近年來(lái)，在冷卻帶和過(guò)渡帶，有不少企業(yè)使用了硅莫磚，大部分硅莫磚的事故是由于過(guò)燒造成的，很少是其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來(lái)石構(gòu)成，而且碳化硅起著非常重要的作用，理論上當(dāng)溫度上升到2500℃左右，碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨，實(shí)際上在窯內(nèi)還原氣氛條件下，碳化硅在1700℃左右已開始分解，對(duì)硅莫磚構(gòu)成致命的破壞。

5.熱震

當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蚋G皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性耐火磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達(dá)上千度)，而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。此外，窯的頻繁開停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力一旦超出磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象易發(fā)生在靠近窯尾方向的過(guò)渡帶區(qū)域。

6.熱疲勞

窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒(méi)入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉(zhuǎn)一周，磚襯表面溫度升降幅度可達(dá)150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達(dá)130000次之多。這種溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致堿性耐火磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7.擠壓

回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，窯的轉(zhuǎn)動(dòng)、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動(dòng)力學(xué)負(fù)荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負(fù)荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會(huì)使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過(guò)了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個(gè)窯襯內(nèi)。

對(duì)于緊靠擋磚圈的磚，大部分損壞是由于擠壓力造成的。國(guó)外某公司專做窯口磚，其使用壽命可以保證3年以上，我們把它與其他磚作了檢測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其差別主要在高溫抗折強(qiáng)度上，而耐火磚的標(biāo)準(zhǔn)根本就沒(méi)有把高溫抗折強(qiáng)度列進(jìn)去，這一點(diǎn)應(yīng)該引起耐火磚生產(chǎn)廠家的重視。

5.磨損

解窯窯口卸料區(qū)沒(méi)有窯皮保護(hù)時(shí)，熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì)對(duì)該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

實(shí)際上，不要以為窯口沒(méi)有窯皮是正常的，在有條件的情況下，保持冷卻帶有一定的窯皮，不但能有效保護(hù)窯口磚，而且對(duì)拓寬窯的操作彈性，穩(wěn)定產(chǎn)質(zhì)量都是有好處的。

降低窯襯消耗的基本措施

1.注重襯料的選型和合理匹配

新型干法窯特別是大型預(yù)分解窯，使用了熱回收效率在60%以上的冷卻機(jī)以及燃燒充分且一次風(fēng)比例較少的多通道噴煤嘴(火力集中，靈活可調(diào))；且窯頭和窯罩又加強(qiáng)了密閉和隔熱，因此，出窯熟料溫度可高達(dá)1400℃,入窯二次風(fēng)溫可高達(dá)1200℃，從而造成系統(tǒng)內(nèi)過(guò)渡帶、燒成帶、冷卻帶及窯門罩、冷卻機(jī)高溫區(qū)以及燃燒器外側(cè)等部位的工作溫度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯。因此：燒成帶正火點(diǎn)可使用直接結(jié)合鎂鉻磚、特種鎂磚、鎂鐵尖晶石磚或白云石磚；正火點(diǎn)前后兩側(cè),視設(shè)備、操作和原燃料情況，可采用與正火點(diǎn)相同的磚或普通鎂鉻磚。近開發(fā)的可掛窯皮的硅莫磚也正在向燒成帶的末端發(fā)展；過(guò)渡帶則主要使用鎂鋁尖晶石磚、鎂鐵尖晶石磚、富鉻鎂磚或含鋯增韌白云石磚。近年開發(fā)的鋁質(zhì)磚——硅莫磚、特別是增加了紅柱石的硅莫紅磚，熱震穩(wěn)定性有了很大提高，在過(guò)渡帶取得了很好的效果，而且不掛窯皮的品種可有效防止后結(jié)圈；窯卸料口內(nèi)襯是大型窯窯襯中薄弱環(huán)節(jié)之一，新窯或規(guī)則的窯上可用碳化硅磚、硅莫磚、硅莫紅磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。對(duì)窯口溫度較低的窯，可使用熱震穩(wěn)定性良的高鋁磚或磷酸鹽結(jié)合高鋁磚；若窯口變形時(shí)則可用剛玉質(zhì)或鋼纖維增強(qiáng)剛玉質(zhì)澆注料或低水泥型高鋁質(zhì)澆注料。

2.把好進(jìn)貨質(zhì)量關(guān)和窯襯施工質(zhì)量關(guān)

（1）耐火材料的重要性不言而喻，性價(jià)效益比差別很大，寧肯多花點(diǎn)錢也一定要買好產(chǎn)品，少停幾次窯就什么錢都有了。好的產(chǎn)品首先要選好供貨廠，看一個(gè)耐火材料生產(chǎn)廠家怎么樣，主要應(yīng)關(guān)注能生產(chǎn)質(zhì)產(chǎn)品的三個(gè)條件：是否有高純度、高品位的原料；是否具有高壓力的成型裝備；是否具備高溫度的煅燒條件。

（2）要嚴(yán)格遵守“水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程”中的相關(guān)要求，選購(gòu)耐火材料時(shí)，應(yīng)要求供貨商提供產(chǎn)品質(zhì)量擔(dān)保書，并應(yīng)取樣送有關(guān)權(quán)威監(jiān)測(cè)部門復(fù)檢；嚴(yán)格進(jìn)廠驗(yàn)貨，以杜絕假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)廠。對(duì)查出的不合格品嚴(yán)禁入庫(kù)，磚庫(kù)內(nèi)不得有任何不合格磚；

（3）由于磚對(duì)窯的生產(chǎn)影響很大，各廠的使用條件不盡相同，對(duì)磚的要求也不會(huì)一樣，所以一般不要輕易的更換供貨商。如果須更換，對(duì)新開發(fā)的供貨商，批磚好試用，而且量不要太大，以免給雙方造成大的損失。對(duì)試用磚，好不設(shè)預(yù)付款，達(dá)到試用期后一次付清，寧肯磚價(jià)高一些。

（4）對(duì)施工質(zhì)量亦要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，以確保窯襯的耐火性、密封性、隔熱性、整體性、耐久性。重點(diǎn)應(yīng)對(duì)耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術(shù)問(wèn)題嚴(yán)格把關(guān)。首先，更換窯襯前要編制施工方案，按砌筑要求在窯內(nèi)劃出縱向和橫向控制線；其次，每天召開有關(guān)負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)會(huì)，及時(shí)解決施工中出現(xiàn)的問(wèn)題；第三是實(shí)行項(xiàng)目負(fù)責(zé)制，設(shè)立專人跟班監(jiān)督；后，要求砌筑選用耐火磚不得缺角少棱。

（5）把好出庫(kù)關(guān)，這是大多數(shù)廠容易忽略的問(wèn)題。耐火材料對(duì)保存和搬運(yùn)有嚴(yán)格的要求，各廠的儲(chǔ)運(yùn)條件又參差不齊，在砌筑前須進(jìn)行嚴(yán)格的再檢驗(yàn)，嚴(yán)防破損、掉角、裂紋、受潮的磚入窯。對(duì)查出的不合格磚，要當(dāng)場(chǎng)銷毀，更不得回庫(kù)存放，以免再次混入窯內(nèi)。

兩者界定的一般原則為：掉磚處周圍的厚度不低于新磚的60%，且掉磚周圍磚的實(shí)際使用時(shí)間不長(zhǎng)、未受過(guò)惡劣條件的折騰、結(jié)構(gòu)未發(fā)生裂縫和排列錯(cuò)亂現(xiàn)象，這時(shí)可采用挖補(bǔ)的方法，否則就需要進(jìn)行整段更換。

正確的判斷，不僅可以降低窯襯消耗，縮短停窯時(shí)間，而且可提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。需要強(qiáng)調(diào)的是，換轉(zhuǎn)就像切除癌瘤一樣，寧肯過(guò)之不可不及，不要舍不得，以防反復(fù)停窯挖補(bǔ)。

堅(jiān)持合理的烘窯升溫制度窯襯砌筑好后還須妥善烘烤，烘烤時(shí)升溫不能過(guò)快，以免產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力而導(dǎo)致磚襯開裂、剝落。

由于耐火磚的品種較多，根據(jù)實(shí)踐及文獻(xiàn)介紹，使用Ｂ型磚時(shí)，因磚數(shù)量較多，對(duì)磚襯膨脹的補(bǔ)償量較大，按0.5℃/min～1℃/min區(qū)段內(nèi)的升溫制度烘烤時(shí)，磚襯內(nèi)壓應(yīng)力總是低于磚的強(qiáng)度，非常。因此，預(yù)分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。

有些廠家更換窯襯后急于投料生產(chǎn)，常采用6～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏要的措施來(lái)保護(hù)窯體和窯襯的，導(dǎo)致窯體及窯襯不要的損壞。尤其直接結(jié)合鎂鉻磚對(duì)6～8ｈ的快速烘窯不適應(yīng)，應(yīng)注意。

窯襯烘烤須連續(xù)進(jìn)行，直至完成，且要做到“慢升溫，不回頭”。為此烘烤前須對(duì)系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車，還要確保供電。此外，停窯時(shí)窯襯的冷卻制度亦對(duì)未更換磚的使用壽命有很大影響，因此停窯不換磚時(shí)須慢冷以保窯襯。對(duì)于大型預(yù)分解窯，在停窯時(shí)可用輔助傳動(dòng)進(jìn)行慢轉(zhuǎn)窯，扣風(fēng)，并在24ｈ后方可打開窯門進(jìn)行快速冷卻。

值得注意的是，有些新建的水泥廠，由于各種原因在窯砌完磚后遲遲不具備點(diǎn)火投料條件，特別對(duì)濕砌的磚、對(duì)雨季砌的磚，對(duì)燒成帶的堿性耐火磚是非常不利的，好安排一次針對(duì)窯內(nèi)堿性耐火磚的烘干，一般將窯尾溫度控制在150~200℃烘24h即可，以避免堿性耐火磚的受潮。

如果窯內(nèi)濕汽較大，烘窯時(shí)一定要注意定期轉(zhuǎn)窯，以免水汽在窯筒體內(nèi)壁凝結(jié)，沿筒體內(nèi)壁下流對(duì)下部的磚造成浸蝕。這在一些廠時(shí)有發(fā)生，磚的表現(xiàn)為蝕溝現(xiàn)象，即某一角度范圍的磚表現(xiàn)出明顯的損失加重。

窯皮的粘掛及保護(hù)燒成帶及其兩側(cè)過(guò)渡帶磚襯上窯皮的穩(wěn)定與否，是影響耐火磚襯使用壽命的決定性條件。

新磚砌好，按正常升溫制度達(dá)投料溫度后，即可進(jìn)行投料。層窯皮的形成就是從物料進(jìn)入燒成帶及前后過(guò)渡帶時(shí)開始，須嚴(yán)格控制熟料結(jié)粒細(xì)小均齊，配料合理；耐火磚熱面層中應(yīng)形成少量熔體（俗稱：出汗），使熟料與磚面牢固地粘結(jié)。粘結(jié)后，磚襯表面層溫度降低，熔體量減少，粘度增大，粘結(jié)層與磚襯面間粘結(jié)力就越大；而熟料繼續(xù)粘到新粘結(jié)的熟料上，使窯皮不斷加厚，直至窯皮過(guò)厚時(shí)，窯皮表面溫度過(guò)高而造成該處熟料中熔體含量過(guò)多且粘度小，熟料不能再相互粘結(jié)為止。

層窯皮粘掛的質(zhì)量劣對(duì)延長(zhǎng)窯襯壽命有重要的作用。

窯皮實(shí)質(zhì)上就是窯料的流量和成分。窯正常運(yùn)行時(shí)，入窯燃料的質(zhì)和量及其燃燒性狀，以及耐火磚在高溫下的性態(tài)等是不斷變化的。因此為了掛好窯皮且保護(hù)好窯皮，須采取相應(yīng)的保護(hù)措施：

（1）砌完磚須進(jìn)行窯內(nèi)清理；投料后應(yīng)嚴(yán)格保證系統(tǒng)溫度及燒成帶溫度，使批窯料和該處耐火磚同時(shí)處于良好的掛窯皮狀態(tài)。掛窯皮時(shí)喂料量按正常量的60~80%投料；

（2）由于掛好層窯皮是非常重要的，確切的說(shuō)，掛好窯皮比掛高質(zhì)量的窯皮更重要，尤其重要的是在初始投料后不得跑黃料。

掛窯皮期間按正常的配料方案比較好，不用專門配制生料。有些公司為了掛高質(zhì)量的窯皮，專門配制高KH的窯皮料，實(shí)際上對(duì)一條新投產(chǎn)的窯來(lái)講，由于各種不確定因素很多，很難保證窯況達(dá)到佳狀態(tài)，高KH容易跑黃料，即使隨后掛上了窯皮，也會(huì)有很多空洞窯皮，好心會(huì)做成壞事；

（3）開窯前要嚴(yán)格檢查燃燒控制系統(tǒng)、噴嘴結(jié)構(gòu)和位置及火焰形狀，并使之保持正常。預(yù)分解窯掛窯皮時(shí)間一般有就夠了。

減少停窯次數(shù)，提高預(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率

所謂：“機(jī)怕開，電怕停，耐火磚怕開開停停”。

由于頻繁的非計(jì)劃開停窯，往往是緊急止料停窯，會(huì)造成襯磚熱面迅速冷卻，收縮過(guò)快，磚內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞應(yīng)力，應(yīng)力隨多次停窯頻繁作用于磚內(nèi)，導(dǎo)致其過(guò)早開裂損壞；再次開窯時(shí)，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯磚位扭曲，降低窯襯使用壽命。那么，如何減少開停窯次數(shù)呢？

垃圾處理及代用燃料對(duì)水泥窯耐火材料的影響水泥窯用于處理垃圾，在配料合適的情況下，主要是有害成分的帶入，這不但對(duì)燒成工藝和熟料質(zhì)量形成有害影響，對(duì)耐火材料也會(huì)加重剝蝕，這一點(diǎn)要引起足夠的重視。

水泥窯采用或部分采用代用燃料，同樣存在上述危害，同時(shí)還影響到火焰的強(qiáng)度、力度和形狀，進(jìn)而影響到窯內(nèi)各帶的分布、影響到熟料質(zhì)量、影響到耐火材料的使用。根據(jù)歐洲一些廠家的使用經(jīng)驗(yàn)，需要注意以下幾點(diǎn)變化，這些變化都對(duì)耐火材料構(gòu)成了傷害：

（1）帶入的SO4-離子、CI-離子、R2O等有害成分的提高，即影響熟料強(qiáng)度，又會(huì)加重窯尾系統(tǒng)的結(jié)皮堵塞和窯內(nèi)的結(jié)圈現(xiàn)象；

（2）有害成分的提高會(huì)增大液相量、降低液相粘度，造成窯皮的不穩(wěn)定，窯皮的反復(fù)掛掉導(dǎo)致磚的頻繁熱震，加劇了有害成分對(duì)磚的滲透、被滲透部分的強(qiáng)度下降，終剝落掉。對(duì)原料中MgO含量高的廠家影響更大；

（3）代用燃料的燃盡時(shí)間一般較長(zhǎng)，不充分的燃燒會(huì)增加CO，加重結(jié)皮、結(jié)圈、結(jié)蛋和黃心料的產(chǎn)生。燃盡時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致火焰長(zhǎng)、燒成帶變長(zhǎng)。通常燒成帶長(zhǎng)度是窯徑的8倍左右，替代燃料可能使燒成帶加長(zhǎng)到窯徑的9~10倍；

（4）替代燃料也遵循磨得越細(xì)燃盡時(shí)間越短、著火點(diǎn)越低的規(guī)律。德國(guó)某廠的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)揮發(fā)份在30%左右時(shí)，90μ m篩余需控制到20%左右；

（5）不同的代用燃料具有不同的燃燒特性，一般不宜混合使用?；旌鲜褂萌紵匦圆顒e大的代用燃料，會(huì)出現(xiàn)幾段窯皮的現(xiàn)象；

（6）堿性耐火磚比非堿性耐火磚更耐堿浸蝕，也可回避CaO對(duì)非堿性耐火磚內(nèi)AL-、Si-的交代置換。