郭醒民：关于旋窑出口处耐火材料的改造及效益分析

　　江西亚东水泥有限公司首席副总经理郭醒民　　

　　9月15日，由中国水泥网主办，通达耐火特别协办的“2012第二届中国水泥耐火材料技术高峰论坛”在杭州圆满落幕。本次会议以“合理选用优质耐材 降低吨熟料材耗”为主题，就如何提高耐火材料使用寿命，提高窑炉运转率，降低吨熟料耐材消耗等内容作了深入的探讨和交流。会上，江西亚东水泥有限公司首席副总经理郭醒民受邀参加会议并做了题为《关于旋窑出口处耐火材料的改造及效益分析》的报告，内容整理如下：

　　一、前沿

　　公司现有的4条4200t/d生产线（实产4850-5050t/d）在运转，均为德国KHD Humboldt Wedag公司设计的Pyroclon预煅预热式窑外分解窑型，回转窑规格为Ф4.8*52m。

　　自2000年7月1#窑投产至今，窑内耐火砖使用情况良好，整体寿命均在20个月以上，但窑出口处耐火材料期限则较短，平均约为7个月，最短使用寿命仅4个月，且历年停窑大修原因95%均是因为窑出口处耐火材料脱落，致窑壳烧红而停窑处理。故窑出口处耐火材料已成为制约旋窑运转率和公司效益的一个“瓶颈”，对其进行创新改革是公司面临的一大课题。

　　2008年8月，在经过慎重的考研和充分的前期准备下，专案小组同仁对公司1#窑出口系统进行了技术改造，改用了西班牙R公司出品的PF-97-H浇注料。改造后使用寿命提高到14个月（3#窑甚至长达18个月），为公司创造了巨大的经济效益，同时减少了大量的人力物力投入，更为尔后长期高效运转，奠立了更加坚实的基础。

　　二、历史背景

　　事实上，在改用西班牙R牌 PF-97-H浇注料之前，已经历经了两个阶段，即使用砌耐火砖和磷酸盐火泥。此二时期的情况分别叙述如下：

　　1.奥地利奥镁砌耐火砖时期

　　2000年至2003年6月，窑出口一直采用砌砖方式，我们依奥地利奥镁公司设计砌砖图严格施工，在窑出口1.0m处焊装挡砖圈，后因挡砖圈处亟易掉砖，导致窑壳出红变形，无法正常砌砖，后将挡砖圈移到1.4m处，但仍然容易掉砖，使用寿命一般在6-8个月，最短才4个月（见表1）。窑出口掉砖后，窑壳易烧红变形，对后期窑砖使用寿命不利，在2003年6月，将窑出口改用日本S牌 PA808磷酸盐火泥。

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　　2.日本S牌 PA808磷酸盐火泥时期

　　2003年6月开始使用日本S牌 PA808磷酸盐系列浇注料，惟仍保留挡砖圈。施工时严格按设计要求，如Y 形抓钉规格为Ф16*220mm，挡砖圈上Y形抓钉规格则为Ф16*190mm，材质SUS310S，浇注料分五层捣实，厚度为250mm，轴向长度为1400mm， 沿窑出口圆周方向分12等份施工，每等份分五层，用气动冲击锤将按比例搅拌好的浇注料逐层捣实，每等份振捣时间至少需两小时。此一过程中需特别注意养护和升温，常温下养护12小时。后期采用先做浇注料再砌砖，养护时间在72小时以上；升温过程系采初期小火慢烘，后续正常加温，按照预定的升温曲线逐步烘烤。到2008年，共使用日本S牌 PA808火泥9次，平均寿命也仅为7个月（见表2）。

　　3．综合小结

　　上述两时期虽然都依严格的要求程序施工，但使用效果仍不理想。第二时期浇注料使用后首先在整个端面产生磨损脱落，尤其是挡砖圈位置磨损脱落明显，使用2-3个月后浇注料呈现弧形，在窑口鼻圈位置浇注料厚，向窑内轴向方向变薄，最薄位置在挡砖圈和第一圈位置处，再往窑内耐火砖位置磨损变小，厚度高于浇注料。使用4-7个月后，窑口挡砖圈和第一圈耐火砖出现部分外露，甚至露出窑筒体，2005年即因为窑出口浇注料脱落，被迫停窑三次，严重影响窑的运转质量，也给公司的永续经营带来巨大的压力。（见图1）

　　三. 窑出口耐火材料损坏的机理分析

　　1. 挡砖圈热疲劳后变形损坏

　　挡砖圈上浇注料厚度只有180mm（若是使用耐火砖同样比窑尾的耐火砖高出很多，极易被剪切和磨蚀），刚性明显比其它部位差，在机械变形产生的剪切力作用下更容易产生表面剥落。挡砖圈上耐火物变薄后挡砖圈温度升高，产生膨胀变形加速其损坏，最后挡砖圈部分焊缝由于承受温度变化次数多，产生热疲劳而脱焊，一旦脱焊部位翘起，就会对耐火材料造成毁灭性的破坏。

　　2. 机械应力及窑皮结构不稳定

　　旋窑在运转过程中窑壳会发生机械变形成为椭圆，窑口也会受承周期性的受压和松压作用的剪切力，当椭圆度越大，窑口耐火物受到的径向剪切力也越大，损坏越快；而窑出口窑皮频繁的结掉，就造成了浇注料表面随窑皮一起剥落。

　　3. 窑出口强烈的热疲劳

　　窑在旋转过程中，窑口耐火材料有时被熟料覆盖，有时暴露在火焰高温下，耐火材料表面温度随窑的转动而发生周期性的变化，温度差在200℃以上。这种反复的温度升降导致浇注料热疲劳也是造成耐火材料脱落的重要原因。

　　4. 超高温下碱、氯、硫等化学元素的侵蚀

　　熟料中含有碱、氯、硫等化学物质，在1100℃左右温度下磨擦渗透进入耐火材料中，影响深度可达50-100mm，这也是造成耐火材料脱落的原因之一。[Page]

　　四. 西班牙R牌PF-97-H=专用浇注料特性

　　为彻底改善窑出口浇注料的使用寿命、提高公司的综合效益，专案小组积极联络国内外多家知名耐火材料制造商，深入进行细致的交流探讨，同时大量参照国内外厂家使用的前例，加上对外厂的实地考察，经过认真分析，最终选择试用西班牙R公司的窑口专用PF-97-H浇注料，它是一种抗磨损强水泥型窑口专用浇注料，可以用在水泥窑系统条件非常苛刻的部位，更具有如下特性：

　 （1）.很高的机械强度；

　 （2）.超强的抗磨损性能；

　 （3）.很好的耐碱氯硫等化学元素的侵蚀性能；

　 （4）.很高的使用温度；

　 （5）.良好的抗结皮性能；

　 （6）.良好的抗热震性能；

　 （7）.施工速度快。

　　因为R牌PF-97-H浇注料有以上诸多优点，加上其独有设计与施工方案，使该浇注料在国内外部分新型干法水泥生产线上使用效果良好，寿命平均可达10-24个月不等。

　　五．西班牙R牌PF-97-H之特殊设计

　　1.改变窑口挡砖圈位置

　　以往耐火材料设计商都要求在窑出口设置挡砖圈，用于挡住窑内窑砖的剪切力和挤压力。西班牙R公司在设计上非常独特，它取消挡砖圈或改小尺寸并将其预埋在浇注料中间，而来自窑砖的轴向推力则完全依靠浇注料自身的强度及抓钉就能克服。（据R公司提供数据显示，经过正常养护后的浇注料，其高温强度可达120MPA以上）。挡砖圈位置调整后，第一圈砖就不会因为来自铁质挡砖圈的力量而被破坏。

　　2. V形抓钉和圆孔座搭配使用

　　圆孔座焊好后将V形抓钉套在圆孔座上，抓钉与圆孔座之间仅点焊，确保抓钉和浇注料受热时可自由膨胀，不被自身破坏，且抓钉顶部的热量不易传到根部焊点处。同时根据同种材质焊接强度最高的原则，在窑出口鼻圈处使用不锈钢圆孔座，用不锈钢焊条焊接。在窑壳部分使用普通材质圆孔底座，用普通高强焊条焊接。抓钉则全部采用不锈钢材质。（如图2）

　　3.沿圆周方向分成24格，每格一次性浇注完成

　　由于该浇注料水化硬化速度快，故可连续施工，节省施工时间，且可直接使用自来水搅拌、无毒害，施工方便快捷；每格施工采一次性整体成型，对其强度大有益处（原日本S牌 PA808火泥为分层施工）。

　　4.严格打透气孔和预留膨胀缝

　　浇注料在预热升温过程中，极易因水汽大量蒸发时排放不及，而导致浇注料爆裂脱落，故施工中采用打透气孔和预留膨胀缝方法解决水汽蒸发排放等问题（如图3）

　　如示意图（图4）所示，2008年8月，江西亚东水泥公司#1窑改用西班牙R牌 PF-97-H浇注料。施工时，将窑出口沿圆周方向分成24块，每块分成2格，将按照配比搅拌好的浇注料倒入方格内，使用强制式震动棒震实，施工时间约12小时，比原用的浇注料节约18个小时。关键是浇注料搅拌加水量控制和及时震实，由于浇注料20分钟后凝固，故超过20分钟未震实浇注料即无法使用。浇注完成，利用约26个取暖器对浇注料表面进行加热养护48小时（见图5）[Page]

　　使浇注料表面温度达到150℃以上。而在开窑点火时，则使用较小的21#燃油喷嘴，尽量减少点火初期用油量，开始10小时内，温升控制在20-30℃（见图6）。点火烘烤初期 ，要将未得到加热器烘干的第一、二块火泥转至最下方，因为此处的温度较中部和顶部的温度上升的慢，如此可减缓温度急剧变化对火泥的损害。

　　七. 西班牙R牌窑出口浇注料的使用效果

　　2008年8月#1窑依上述工序及要求使用R牌 PF-97-H 后，一直用到2009年10月，寿命长达14个月（见图7），同时江西亚东#3窑也于2008年9月采用同样方法施作，使用18了个月（见图8）。目前亚泥中国的四川亚东、湖北亚东、黄冈亚东先后仿照本公司引进该耐火浇注料与施工方式，使用情况广获好评。

　　八. 经济效益分析

　　以往每套窑每两年至少停窑大修三次（即1.5次/年），现可减少到1次/年，亦即每年每套窑减少停窑检修时间至少6天。以一套窑为例，内部综合效益分析如下：

　　1、直接经济效益：

　　若按目前亚泥中控10套窑计算，每年可创造直接经济效益RMB 1900万元，同时亦会带来下述间接经济效益。

　　2. 间接经济效益

　　（1）.早期开始采用，可以减低了窑口砌砖的难度，使砌砖更加严实且不易脱落

　　由于#1号窑在使用8年后才采用此种施工法，窑口同一圈已有3处严重变形，砌砖难度非常大，且不易砌得完全密实，无形中埋下尔后掉砖的隐患，新法自新窑启用即开始采用，完全可以避免此种隐患。

　　（2）.窑壳的保护较好，可延长使用年限

　　由于降低了窑壳烧红变形的频率，也就延长了窑壳的使用寿命，减少了提前更换窑壳带来的一系列费用。

　　（3）.减少检修配套设施及人力的费用

　　降低检修频率也就相应减少了投入的车辆、工具等的维护成本以及人力成本，同时降低了人员的劳动强度，对人力的有效运用发挥很大的功效。

　　九. 总结

　　水泥业虽为传统产业，但随着国内外生产设备的大型化、水泥产量的规模化，各项技术也发生日新月异的变化，竞争更是日趋激烈；如果不时刻警钟长鸣，就可能被时代进步的浪潮淘汰。本公司长期以来一直致力于生产技术的革新、成本的降低，今后的路还很长，还需要不断借鉴吸收国内外先进技术和经验，才能持续向前，永保领先。