淺談美標熟料生產(chǎn)對窯襯使用壽命的影響

　　窯用耐火材料（以下簡稱窯襯）鑲砌在回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁，保護著筒體鋼板。窯襯的使用壽命對回轉(zhuǎn)窯設備的連續(xù)安全運轉(zhuǎn)、熟料產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)成本的控制具有十分重要的意義。本文就回轉(zhuǎn)窯煅燒美標硅酸鹽熟料前后窯襯的變化情況進行介紹。

　　1 窯襯被侵蝕的化學機理[1]

　　在熟料燒成過程中，預熱器和回轉(zhuǎn)窯之間內(nèi)循環(huán)所富集的堿（鉀、鈉）、鹵族（氯、氟）和硫的化合物等，隨煙氣和原料侵蝕著窯襯，與窯襯發(fā)生熱化學反應，生成新的低熔礦物，而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度的膨脹，致使窯襯剝落或開裂。有些新生低熔礦物會使窯襯結(jié)構變得疏松，這樣耐火材料就失去了原有的特性，比如強度、熱傳導及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化，致使窯襯的使用壽命變低。

　　理論認為生熟料中堿硫比（ASR）值的大小反應出堿硫在窯料和窯尾內(nèi)存在的形式和對窯襯的侵蝕類型，根據(jù)堿硫比（ASR）值的大小分為三種情況：堿過量、硫過量和堿硫相對平衡對窯襯侵蝕的情況，一般來說，合適的堿硫比為0.8~1.2，此時對窯襯的侵蝕較弱。

　　2 從生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料到美標熟料窯襯發(fā)生的變化

　　山東山水集團所屬某子公司根據(jù)市場需要，利用5 000 t/d預分解窯生產(chǎn)線，由生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料轉(zhuǎn)產(chǎn)美標Ⅴ型熟料，用以制備美標水泥。

　　我公司生產(chǎn)美標Ⅴ型熟料（表1）是從2006年11月19日開機調(diào)整配料，即由普通熟料配比轉(zhuǎn)為美標熟料配比，21日開始試生產(chǎn)，25日正式生產(chǎn)，到30日結(jié)束，累計生產(chǎn)32 000 t美標熟料。熟料的各項指標合格，但為了達到C3A≤5%的指標，該公司付出了巨大代價。

　　2006年11月1日檢修時，窯內(nèi)前12 m磚厚基本上都在150 mm左右，窯皮厚度100 mm左右。到12月28日8 m處紅窯檢修，僅僅不到兩個月時間，大部分磚厚在50 mm左右，窯皮厚度30 mm～50 mm。磚損耗100 mm以上。這一批磚是同年7月2日更換的，正常使用周期應該是8～12個月。這一次僅僅使用了6個月。據(jù)此推算如果長期生產(chǎn)美標熟料，耐火磚的使用周期將縮短為3～5個月，一年內(nèi)窯燒成帶會多換2～3套磚，噸熟料增加直接成本2.27元/t左右 (未考慮檢修換磚產(chǎn)量的降低、成本的增加)。

　　表1 美標Ⅴ型熟料質(zhì)量指標（表1略）

　　3 窯襯嚴重侵蝕的原因分析

　　3.1 配料方案的選擇分析[2]

　　生產(chǎn)當中可供選擇的鋁質(zhì)校正原料（頁巖）中堿含量很高，為滿足堿含量≤0.55%、C3A≤5%的指標，必須控制堿和鋁的含量，降鋁的辦法就是提高鐵含量。美標熟料生產(chǎn)過程中正是采取了這種辦法，采用“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案（IM由1.45減小到0.88），直接配備生料入窯煅燒。在停生料磨之前先將生料庫幾乎空出，然后直接制備美標V型熟料所需生料，出磨生料在1~2 h后入窯，中間無過渡，致使窯況出現(xiàn)較大波動，窯襯侵蝕加劇。

　　3.2 出窯熟料質(zhì)量

　　出窯熟料質(zhì)量情況見表2。（表2略）

　　3.3 窯襯侵蝕機理分析

　　由于指標中必須大幅降低堿含量，生產(chǎn)實踐采取提高鐵的做法，實際上破壞了堿硫的相對平衡，入窯物料由堿硫的相對平衡，變?yōu)榱蚝繉A相對增多的情況（見表3），這時侵蝕類型向硫過量為主導的情形轉(zhuǎn)變，侵蝕機理發(fā)生了明顯變化。同時在氧化氣氛下，煙氣內(nèi)的SOx與C2S中的CaO反應，生成無水石膏CaSO4（體積增加27.5%）。游離的SO3與窯內(nèi)C2S及鎂鉻磚內(nèi)的MgO等成分起化學反應，生成熔融化合物，主要有C2S、C3S、MgS2、CMS，上述反應所生成的低熔融化合物，滲透耐火襯磚內(nèi)，既破壞了耐火磚的耐火度，又損壞了窯襯的致密結(jié)構，降低窯襯的使用壽命。同時，鎂鐵尖晶石磚在CaO作用下，Mg＋被取代，生成Ca2Fe2O5，在此過程中，由于新相的成立，鎂鐵尖晶磚失去原有的陶瓷結(jié)構，降低了材料的強度。

　　表3  生產(chǎn)美標熟料及其前后堿硫含量情況對比（表3略）

　　另外經(jīng)驗公式告訴我們：

　　結(jié)皮值＝熟料液相量＋0.2C2S+2F[3]

　　對這一公式可解釋為：熟料液相是形成窯皮的主體，C2S的聚集結(jié)晶可促進窯皮長度增長，F(xiàn)e2O3能顯著降低燒結(jié)溫度和液相粘度，三者都可促進窯皮的形成。結(jié)皮值達33時，掛窯皮無困難，超過40時，就會形成大塊熟料、結(jié)圈，或者掛不住窯皮的嚴重后果。為了保證恒定結(jié)皮值，必須降低鐵含量，因而提高鋁氧率勢在必行。按照上述公式計算可知：普通熟料結(jié)皮值為37.626，處在合理范圍內(nèi)，美標熟料結(jié)皮值為41.846，超出保持恒定結(jié)皮值的合理范圍，導致熟料液相粘度降低，窯內(nèi)高溫聚集，一方面燒成帶耐火磚燒蝕嚴重，另外形不成牢固窯皮，疏松窯皮易粘掛剝蝕耐火磚，耐火磚使用壽命大大縮短。這樣的計算所得結(jié)果與生產(chǎn)實踐相吻合。

　　在生產(chǎn)美標熟料期間，窯皮剝落較快，基本上掛不住窯皮，雖然采取了調(diào)整噴煤管和降低窯前喂煤，進而降低產(chǎn)量（5 300 t/d）等措施，但是效果不大。

　　隨后恢復以前的配料方案，提高Al2O3，降低 Fe2O3（見表2）。從窯皮和筒體溫度檢測來看，窯皮粘掛有很大改善。大修停窯時檢測，前12 m窯皮在100 mm左右，12 m以后窯皮厚200 mm左右。

　　3.4  生產(chǎn)實踐中應采取的對策

　　3.4.1 遵循原則

　　配料方案的確定和煅燒工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化宜采取循序漸進的方法。盡管5 000 t/d預分解窯對原燃材料的適應性強，若采取一步到位的方法必會對回轉(zhuǎn)窯熱工制度的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，從前面實例可知，對窯襯的破壞是災難性的，同時熟料質(zhì)量穩(wěn)定性變差。

　　3.4.2 煅燒參數(shù)的調(diào)整

　　從熟料燒成理論可知，“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案會顯著降低液相生成溫度，導致液相提前出現(xiàn)，易出現(xiàn)窯尾結(jié)皮、堵塞。因此對分解爐出口溫度的控制應在一定范圍內(nèi)，建議控制在880～860 ℃范圍內(nèi)，嚴禁分解爐燒大火，溫度不能超過880 ℃，生料分解率90%為宜，對尾溫控制在1 050 ℃左右。根據(jù)熟料結(jié)粒、結(jié)大塊、窯皮脫落的情況，及火焰形狀、窯速控制、入爐風溫風量進行同步適應性的調(diào)整，使窯逐步適應物料的變動情況。中控人員應準確判斷，及時調(diào)整，把物料變化的不利影響降到最低，使新產(chǎn)生的窯皮牢固、致密地附著在舊窯皮上。

　　4  結(jié)束語

　　事實證明，5 000 t/d預分解窯能夠生產(chǎn)美標熟料[4]等一些特殊品種水泥熟料，但切忌無過渡一步到位改變熟料配比，否則會對回轉(zhuǎn)窯熱工的穩(wěn)定和安全運行產(chǎn)生不利影響，引起窯況、質(zhì)量大的波動，加速窯襯侵蝕速度，嚴重縮短窯襯等保溫材料的使用壽命，最終影響回轉(zhuǎn)窯的安全運轉(zhuǎn)。

　　參考文獻

　　[1] 陶貴華，范泳.提高水泥窯用耐火材料使用壽命的技術要求[EB/OL].[2007-08-01].http://www.chinabmn.com/html/14/183/2007/8/ch53835105011870022205-o.htm.

　　[2] 汪瀾，崔素萍.再論預分解窯水泥生產(chǎn)配料方案的選擇[J].水泥工程，1997（4）.

　　[3] 姚立紅.懸浮預熱器窯防后圈的措施[J].水泥 .2005（1）：36.

　　[4] 池金果.ASTMC150美標V型波特蘭水泥熱料的生產(chǎn)[J].新世紀水泥導報，2007（3）：14～15.