降低預(yù)分解窯窯襯的措施

１　窯襯損壞機(jī)理及影響因素
　　一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為４個帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶，亦有只將預(yù)分解窯劃分為分解帶和燒成帶（包括放熱反應(yīng)帶、燒成帶、冷卻帶）的，就機(jī)理而言，兩種劃分法是一致的。四帶中，燒成帶窯襯最為關(guān)鍵。目前國內(nèi)外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性磚。
　　

Ｂａｒｔｈｅｌ指出，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。對堿性磚，Ｂａｒｔｈｅｌ總結(jié)出具體的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)、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這８種因素對窯內(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壞堿性磚的機(jī)理分別作一簡述。
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（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C4AF會強(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(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時甚至還會析出鉀霞石；而熔體則會充填磚襯內(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)致磚極易開裂剝落。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預(yù)分解窯窯內(nèi)，即熟料熔體對預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。
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　(２)揮發(fā)性組分的凝聚。預(yù)分解窯內(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，窯尾最熱級預(yù)熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3倍～5倍和80倍～100倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區(qū)段后)，物料中的揮發(fā)性組分將會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無窯皮帶，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，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。
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　(３)還原或還原 －氧化反應(yīng)。當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時，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，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。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。
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(４)過熱。當(dāng)窯熱負(fù)荷過高，使磚面長時間失去窯皮的保護(hù)時，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(一般易生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞，易于損壞。
　(５)熱震。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或窯皮不穩(wěn)定時，堿性磚易受熱震而損壞。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，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，最后使磚碎裂。窯皮掉落時帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。
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(６)熱疲勞。窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒入料層下，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)致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。
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　(７)擠壓?；剞D(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時，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、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動力學(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運(yùn)動，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個窯襯內(nèi)。
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(８)磨損。預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護(hù)，而熟料和大塊窯皮又較硬，會對該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

２　降低窯襯消耗的措施
　　
?。?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%以上的高效冷卻機(jī)以及燃燒充分且一次風(fēng)比例較少的多通道噴煤嘴(火焰火力集中，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；過渡帶則主要使用尖晶石磚、富鉻鎂磚或含鋯增韌白云石磚。窯卸料口內(nèi)襯是大型窯窯襯中最薄弱環(huán)節(jié)之一，新窯或規(guī)則的窯上可用碳化硅磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。對窯口溫度較低的窯，可使用熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的高鋁磚或磷酸鹽結(jié)合高鋁磚；若窯口變形時則可用剛玉質(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)。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，選購耐火材料時，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)測部門復(fù)檢，以杜絕假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)廠。與此同時，對施工質(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)對耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術(shù)問題嚴(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，及時解決施工中出現(xiàn)的問題；第三是實(shí)行項目負(fù)責(zé)制，設(shè)立專人跟班監(jiān)督；最后，要求砌筑選用耐火磚，不得缺角少棱。
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(３)準(zhǔn)確把握局部挖補(bǔ)與整段更換窯襯的界限。兩者界定的一般原則為：掉磚處周圍的厚度不低于100mm，且掉磚周圍磚的結(jié)構(gòu)未發(fā)生裂縫和排列錯亂現(xiàn)象，這時可采用挖補(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，縮短停窯的時間，而且可提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。
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(４)堅持合理的烘窯升溫制度。窯襯砌筑好后還須妥善烘烤，烘烤時升溫不能過快，以免產(chǎn)生過大的熱應(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，因磚數(shù)量較多 ， 對磚襯膨脹的襯償量較大 ，按0.5℃／min～1℃／min區(qū)段內(nèi)的升溫制度烘烤時，磚襯內(nèi)壓應(yīng)力總是低于磚的強(qiáng)度，非常安全。因此，預(yù)分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。
　　

對2000t/d熟料的窯內(nèi)新砌堿性磚襯，烘烤時升溫速度以30℃/h較為適宜，更換磚襯長度在30m以內(nèi)時，取約50℃/h；停窯后燃燒帶內(nèi)仍保持300℃以上溫度時可取約125℃/h。這樣上述三種烘烤制度升溫至1400℃所需的烘烤時間分別為48ｈ、25ｈ和10ｈ。對于能力及磚型更大的窯，還應(yīng)增加10%～20%的烘烤時間。
　

　烘烤時窯速的控制原則一般為：溫度在300℃～500℃范圍內(nèi)每30min轉(zhuǎn)窯1/3圈，600℃～800℃范圍內(nèi)每15min轉(zhuǎn)1/2圈，900℃～1100℃范圍內(nèi)以最低速連續(xù)轉(zhuǎn)窯，從1200℃至工作溫度可漸增至正常窯速。若新砌的磚襯為高鋁、粘土和輕質(zhì)磚則應(yīng)適當(dāng)加快窯速，但應(yīng)采取與磚質(zhì)相應(yīng)的升溫制度。
　

　有些廠家更換窯襯后急于投料生產(chǎn)，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏必要的措施來保護(hù)窯體和窯襯的安全，導(dǎo)致窯體及窯襯不必要的損壞。若欲快速烘窯，必須采取以下措施：①控制好窯體變形：控制好窯體，特別是從窯頭起第二檔輪帶處窯體不變形，同時為了消除窯體和輪帶升溫過程中溫差所造成的耐火磚及窯體的損壞，必須用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻第二檔輪帶的兩側(cè)窯體。②控制廢氣溫度：快速烘窯煤耗較大，窯氣溫度高，為了降低廢氣溫度，開窯時就要開動增濕塔系統(tǒng)。③選用適當(dāng)?shù)哪突鸫u，堿性磚在工況下必須保持應(yīng)有的結(jié)構(gòu)韌性，顯氣孔率不能太小，厚度亦應(yīng)嚴(yán)格控制。其中直接結(jié)合鎂鉻磚對6ｈ～8ｈ的快速烘窯不適應(yīng)，應(yīng)注意。
　

　窯襯烘烤必須連續(xù)進(jìn)行，直至完成且要做到“慢升溫，不回頭”。為此烘烤前必須對系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試車，還要確保供電。此外，停窯時窯襯的冷卻制度亦對未更換的磚的使用壽命有很大影響，因此停窯不換磚時必須慢冷以保窯襯安全。對于大型預(yù)分解窯，在停窯時可用輔助傳動進(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。
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　(５)窯皮的粘掛及保護(hù)。燒成帶及其兩側(cè)過渡帶磚襯上窯皮的穩(wěn)定與否，這是影響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，即進(jìn)行投料。第一層窯皮的形成就是從物料進(jìn)入燒成帶及前后過渡帶時開始，必須嚴(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，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，直至窯皮過厚，窯皮表面溫度過高而造成該處熟料中熔體含量過多且粘度小，熟料不能再相互粘結(jié)為止。第一層窯皮粘掛的質(zhì)量優(yōu)劣對延長窯襯壽命有重要的作用。
　

　窯皮實(shí)質(zhì)上是窯料的流量和成分。窯正常運(yùn)行時，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包括補(bǔ)掛好窯皮，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施：①砌完磚必須進(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，使第一批窯料和該處耐火磚同時處于良好的掛窯皮狀態(tài)。同時掛窯皮時喂料量按正常量的80%即可。②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)分解窯掛窯皮時間一般為1ｄ。
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　(６)減少停窯次數(shù)，提高預(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。由于頻繁的非計劃開停窯，往往是緊急止料停窯，會造成襯磚熱面迅速冷卻，收縮過快，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)致其過早開裂損壞。再次開窯時，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯內(nèi)磚位扭曲，降低窯襯使用壽命。表３為某兩個廠歷年運(yùn)轉(zhuǎn)率與窯襯消耗的對應(yīng)關(guān)系。
　　頻繁開停窯多發(fā)生于系統(tǒng)存在重大問題或剛進(jìn)行過系統(tǒng)檢修期間，但通過采取以下系列措施可以減少停窯次數(shù)：
　　第一，在嚴(yán)把進(jìn)廠配件、材料質(zhì)量關(guān)的基礎(chǔ)上，檢修時實(shí)行每個子項目專人負(fù)責(zé)，并實(shí)行專業(yè)化管理，以確保檢修質(zhì)量，每次檢修完畢后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動試車，以及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。
　　第二，精心操作，根據(jù)入窯生料、燃料質(zhì)量、熟料結(jié)粒狀況等綜合因素動態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)，做到“預(yù)先小調(diào)整，防止大波動”，確保熱工制度穩(wěn)定，以避免系統(tǒng)大量掉窯皮。
　　第三，應(yīng)堅持日巡檢制度，要求各車間、專業(yè)、系統(tǒng)每日至少進(jìn)行一次巡檢，做到“全員參與，全面巡檢”，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確保生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
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(７)穩(wěn)定窯的熱工制度。窯在運(yùn)轉(zhuǎn)時，如熱工制度不穩(wěn)，會造成窯內(nèi)襯料忽冷忽熱，窯皮時長時塌，極易發(fā)生耐火磚開裂剝落、炸頭等現(xiàn)象，使用壽命大大縮短。因此，必須采取以下相應(yīng)措施：
　　①“五穩(wěn)保一穩(wěn)”，即入窯生料成分穩(wěn)定，入窯喂料量穩(wěn)定，燃料成分穩(wěn)定，燃料喂入量穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，只有實(shí)現(xiàn)這“五個穩(wěn)定”，方能保證窯系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。
　?、陲L(fēng)、煤、料和窯速的合理匹配——四者相互聯(lián)系又相互制約，必須相互適應(yīng)相互匹配，才能保證熱工制度的穩(wěn)定。
　?、鄱嗤ǖ绹娒汗鼙仨氠槍Σ煌嘿|(zhì)、不同窯況等進(jìn)行合理動態(tài)操作調(diào)整，得到一合適的火焰，以保證熱工制度穩(wěn)定。
　?、芎侠碚{(diào)整篦冷機(jī)的操作，保證穩(wěn)定的二、三次風(fēng)量及風(fēng)溫，同時兼顧與窯的同步操作，達(dá)到穩(wěn)定熱工制度之目的。

３　結(jié)語
      影響預(yù)分解窯窯襯消耗的因素較多，也較復(fù)雜，只有不斷摸索，采用新技術(shù)、新材料和提高操作水平來滿足不斷發(fā)展的預(yù)分解窯，從而達(dá)到既可降低消耗，又可使窯系統(tǒng)均衡穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)之目的。