美标Ⅱ/Ⅴ型熟料生产对耐火材料的影响

      随着国内水泥生产技术的不断提高和企业规模的扩大，很多水泥企业开始出口美标熟料、水泥（其中以美标Ⅰ/Ⅱ型水泥为主），由于美标与国标对水泥质量要求不同，在实际生产中对运行质量尤其是耐火材料的使用会产生很多不良影响。 

　　池州烸螺水泥公司生产美标Ⅰ/Ⅱ型、Ⅱ/Ⅴ型熟料已有三年多的历史，尤其是在8000T/D生产线上生产美标Ⅱ/Ⅴ型熟料，遇到过很多问题，也积累了很多宝贵经验。美标Ⅱ/Ⅴ型熟料生产难度大，技术要求高，具有很强的代表性，因此重点总结美标Ⅱ/Ⅴ型熟料生产对耐火材料的影响。 

　　1.耐火材料配置及损坏现象 

　　公司8000T/D生产线是引进的伯力鸠斯窑系统，窑筒体规格为5.6×87米。窑口挡砖圈配置如下图： 

窑口浇注料

　　窑口挡砖圈共两道， 规格170×40mm，采用耐热钢制作。窑口采用PA80型刚玉莫来石质浇注料及一米国产高耐磨砖，烧成带采用德国雷法公司的Px83镁铬砖（220mm厚），上过渡带使用进口的RGAF尖晶石砖。在煅烧美标Ⅱ/Ⅴ型熟料后，我们发现烧成带及过渡带耐火砖使用寿命偏短，一般仅五个月左右就会出现高温，需要停窑检修，尤其窑口处出现红窑现象更为频繁。每次窑口处耐火砖损坏红窑的现象基本相似：第一、二环高耐磨砖损坏脱落，第一道挡砖圈脱焊翘起，窑口浇注料损坏。 

　　2.耐火材料损坏原因分析 

　　通过查阅资料和其它窑型对比，我们认为窑径大是一方面因素。随着窑筒体的直径增大，椭圆度增大，耐火砖的寿命也有缩短的趋势。影响窑内耐火砖的使用周期主要有以下几个因素： 

1.     热应力； 

2.     化学应力； 

3.     机械应力。 

根据相关资料[1]，如下图所示，水泥窑用耐火材料的最主要破坏因素是高温和化学侵蚀。 

 高温带窑用耐火材料的主要损毁原因 

　　①高温作用 

　　由于美标熟料有其特殊的质量要求，碱含量﹤0.6％，游离钙f-CaO﹤1.0%，我们可以将其与普通熟料作一对比： 

从表中可以看出，美标熟料中C3S含量高，溶剂矿物含量低，煅烧温度要求很高，在生产实践中其热耗也明显较高： 

这种熟料的铝率很低、Fe2O3 含量高，煅烧中液相出现的最低共熔点低，一般在850～870℃就会出现液相，所以会在分解炉、窑尾烟室、最下一级旋风筒等部位形成大量结皮，影响生产直至停窑清堵。我们专门购置了高压水枪，保证了正常生产，但在清理结皮的同时又对窑尾处浇注料造成了不可避免的破坏，导致浇注料的消耗量大幅上升。 

　　每次停窑检修，窑前面5米基本上没有窑皮，耐火砖完全暴露于高温火焰中。我们分析认为熟料铝率很低，液相粘度很小，窑皮难以维护，所以窑内热负荷很高，砖受到很强的热应力作用。 

　　由于窑料和窑气之间有温差，在窑回转时对窑衬产生热应力，在窑内无窑皮部位，出现突然停窑时，窑衬所遭受的热应力最大。 

　　②盐侵蚀 

　　盐渗透产生在窑内物料挥发的部位，挥发物冷凝后生成的盐渗透进入耐火砖内，侵蚀砖内成分，随着挥发冷凝过程反复出现，致密部位随液相渗入，从砖面深入砖内，导致耐火砖剥落损坏。 

　　窑气内游离SO2，、SO3与CaO反应生成无水石膏CaSO4，体积膨胀275％。游离态SO3与镁铬砖内作结合剂的C2S及砖内的MgO作用： 

2C2S+MgO+ SO3                          CaSO4+C3MS2 

C3MS2+MgO+ SO3                      CaSO4+2CMS 

生成的低熔化合物渗透至耐火砖内，造成砖体致密毁坏。 

　　③机械应力 

　　对耐火砖产生的机械应力主要有热膨胀、窑的椭圆度应力和径向弯曲应力。窑筒体变形是由窑内衬砖的重量、窑料荷重和筒体自身重量的综合因素造成的，导致筒体的圆形截面变成椭圆形。 

　　轮带部位的窑筒体遭受的机械负荷最重，主要为窑回转时产生的窑体椭圆度变形及弹性弯曲对窑衬产生的机械应力，一般通过轮带滑移量判断筒体的椭圆度及变形量大小。 

窑筒体椭圆度ω值应小于窑直径的1/10: 

ω﹤D/10 (%)           ω:椭圆度 

轮带最大允许相对滑动的经验值： 

Δu≤D/2  (mm) 

以φ5.6×87米回转窑为例： 

筒体最大椭圆率：ω≤0.56％； 

轮带最大相对滑移量：Δu＝28mm. 

　　如果窑运转中轮带相对滑移量大于28mm,表明筒体与轮带间隙过大，轮带区域的砖受应力增大，检修时需要加垫板调整。窑口处存在有挡砖圈，容易产生变形，机械应力也比较大。 

　　针对窑口处频繁出现的问题，我们查阅相关资料[2]后发现这种挡砖圈产生的椭圆度应力会达到260N/mm2，同时挡砖圈材质采用耐热钢，窑筒体采用A3钢，在受热时两种材质的钢板膨胀量不同，导致运行中焊缝产生裂纹，直至脱焊翘起。所以窑口处耐火材料损坏的主要原因是机械应力和高温作用。烧成带砖的损坏主要是窑皮脱落造成的热震、无窑皮区域暴露于火焰中及碱盐侵蚀造成，过渡带砖主要是受窑皮频繁变化造成的热应力、严重的硫酸盐、碱盐等侵蚀改变砖体结构以及轮带区机械应力作用影响。 

　　3.改进措施 

　　根据耐火材料损坏的各方面原因分析，我们检修中逐步实施了一系列的改进措施： 

　　1.     因为窑径大，将窑内耐火砖厚度全部从220mm改为250mm,延长使用寿命； 

　　2.     2006年8月检修时在窑中45米处增加一道挡砖圈，减轻了窑口处耐火砖的机械应力； 

　　3.     窑口处耐火砖改为雷法公司的AG85耐火砖，其热震稳定性能明显比国产高耐磨砖好； 

　　4.     对窑内挡砖圈进行技改，采用了与筒体同材质的普通钢板，挡砖圈的脱焊现象不再发生，确保了挡砖圈部位的耐火材料运行安全； 

　　5.     检修后复测好燃烧器的位置，避免扫窑皮现象，同时抓好设备运行管理，提高窑系统运转率，减少开停窑时窑内耐火砖的热震。 

　　从运行状况来看，窑口及过渡带耐火材料达到了8个月的运行周期，主烧成带的Px83耐火砖从2005年5月更换至今，已运行22个月。这些改进措施都取得了良好效果。