降低預分解窯窯襯消耗的措施

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

     Ｂａｒｔｈｅｌ指出，熱、機械和化學３種因素構成 了窯襯內的應力并導致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內位置的不同，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力。對堿性磚，Ｂａｒｔｈｅｌ總結出具體的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、過熱、熱 震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這８種因素對窯內不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現就這８種因素損壞堿性磚的機理分別作一簡述。

（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。其中滲入變質層中的C2S和C4AF會強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氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應力和機械應力雙重作用， 導致磚極易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預分解窯入窯物料溫度已達800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個預分解窯 窯內，即熟料熔體對預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。預分解窯內，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復循環(huán)，導致 生料中這些組分的富集。由生產實踐，窯尾最熱級預熱器中生料的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。當熱 物料進入窯筒體后部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－機械應力綜合作用下開裂剝落。因預分解窯從窯尾至 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，窯襯損壞就越嚴重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。

(３)還原或還原 －氧化 反應。當窯內熱工制度不穩(wěn)時，易產生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內的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散 能力比Fe3+強得多，這又進一步加劇了體積收縮效應，從而使磚內產生孔洞、結構弱化、強度下降。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 積效應反復發(fā)生，磚便產生化學疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護的鎂鉻磚帶。

(４)過熱。當窯熱負荷過高，使磚面長時間失去窯皮的保護時，熱面層基 質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。當窯運轉不正?；蚋G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(甚至高達上千度)，而使磚內產生很 大的熱應力。此外，窯的頻繁開停使磚內頻繁產生交變熱應力。當熱應力一旦超出磚襯的結構強度時，磚就突然開裂，并沿其結構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。熱震現象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。

(６)熱疲勞。窯運轉中，當磚襯沒入料層下，其 表面溫度降低，而當磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉一周，磚襯表面溫度升降幅度可達150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預分 解窯轉速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達130000次之多。這種溫度升降多次重復導致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

(７)擠壓?；剞D窯運轉時，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機械應力的綜合作用。其中，窯的轉動、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動力學負荷；磚和 窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學負荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運動，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會使磚襯承受各種 機械應力作用。當所有這些應力之和超過了磚的結構強度時，磚就開裂損壞。該現象發(fā)生于預分解窯整個窯襯內。

(８)磨損。預分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保 護，而熟料和大塊窯皮又較硬，會對該部位的磚襯，產生較嚴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 窯特別是大型預分解窯，使用了熱回收效率在60%以上的高效冷卻機以及燃燒充分且一次風比例較少的多通道噴煤嘴(火焰火力集中，靈活可調)；且窯頭和窯罩 又加強了密閉和隔熱,因此,出窯熟料溫度可高達1400℃,入窯二次風溫可高達1200℃，從而造成系統(tǒng)內過渡帶、燒成帶、冷卻帶及窯門罩、冷卻機高溫區(qū) 以及燃燒器外側等部位的工作溫度遠高于傳統(tǒng)窯。因此，燒成帶正火點可使用直接結合鎂鉻磚、特種鎂磚或白云石磚；正火點前后兩側,視設備、操作和原燃料情 況，可采用與正火點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合高鋁磚；若窯口變形時則可用剛玉質或鋼 纖維增強剛玉質澆注料或低水泥型高鋁質澆注料。　
　
(２)把好進貨質量關和窯襯施工質量關。要嚴格遵守“水泥回轉窯用耐火材料使用規(guī)程”中的相關要求，選 購耐火材料時，應要求供貨商提供產品質量擔保書，并應取樣送有關權威監(jiān)測部門復檢，以杜絕假冒偽劣產品進廠。與此同時，對施工質量亦要進行嚴格的監(jiān)督，以 確保窯襯的耐火性、密封性、隔熱性、整體性、耐久性。重點應對耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術問題嚴格把關。首先，更換窯襯前要編制施工方 案，按砌筑要求在窯內劃出縱向和橫向控制線；其次，每天召開有關負責人協(xié)調會，及時解決施工中出現的問題；第三是實行項目負責制，設立專人跟班監(jiān)督；最 后，要求砌筑選用耐火磚，不得缺角少棱。

(３)準確把握局部挖補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 掉磚周圍磚的結構未發(fā)生裂縫和排列錯亂現象，這時可采用挖補的方法。否則就需要進行整段更換。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 提高窯的運轉率。

(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，以免產生過大的熱應力而導致磚襯開裂、剝落。由于耐 火磚的品種較多，根據實踐及文獻介紹，使用Ｂ型磚時，因磚數量較多 ， 對磚襯膨脹的襯償量較大 ，按0.5℃／min～1℃／min區(qū)段內的升溫制度烘 烤時，磚襯內壓應力總是低于磚的強度，非常安全。因此，預分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。
對2000t/d熟料的窯內新砌堿性磚襯，烘烤時升溫速度 以30℃/h較為適宜，更換磚襯長度在30m以內時，取約50℃/h；停窯后燃燒帶內仍保持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℃范圍內每30min轉窯1/3圈，600℃～800℃范圍內每15min轉1/2圈，900℃～1100℃范圍內以最低速 連續(xù)轉窯，從1200℃至工作溫度可漸增至正常窯速。若新砌的磚襯為高鋁、粘土和輕質磚則應適當加快窯速，但應采取與磚質相應的升溫制度。
有些廠家更換窯襯后急于投料生產，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏必要的措施來保護窯體和窯襯的安全，導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， 必須用風機強制冷卻第二檔輪帶的兩側窯體。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選用適當的耐 火磚，堿性磚在工況下必須保持應有的結構韌性，顯氣孔率不能太小，厚度亦應嚴格控制。其中直接結合鎂鉻磚對6ｈ～8ｈ的快速烘窯不適應，應注意。
窯襯烘烤必須連續(xù)進行，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。對于大型預分解窯，在停窯時可用輔助傳動進行慢轉窯、扣風，并在24ｈ后方可打開窯門進行 快速冷卻。

(５)窯皮的粘掛及保護。燒成帶及其兩側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 投料溫度后，即進行投料。第一層窯皮的形成就是從物料進入燒成帶及前后過渡帶時開始，必須嚴格控制熟料結粒細小均齊，配料合理；耐火磚熱面層中應形成少量 熔體，使熟料與磚面牢固地粘結。粘結后，磚襯表面層溫度降低，熔體量減少，粘度增大，粘結層與磚襯面間粘結力就越大；而熟料繼續(xù)粘到新粘結的熟料上，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為止。第一層窯皮粘掛的質量優(yōu)劣對延長窯襯壽命有 重要的作用?！　「G皮實質上是窯料的流量和成分。窯正常運行時，入窯燃料的質和量及其燃燒性狀，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 皮且保護好窯皮包括補掛好窯皮，必須采取相應的保護措施：①砌完磚必須進行窯內清理；投料后應嚴格保證系統(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開窯前要嚴格檢查燃燒控制系統(tǒng)、噴嘴結構和位置及火焰形狀，并使之保持正常。預分解窯掛窯皮時間一般為1ｄ。

(６)減少停窯次數，提高預分解窯的運轉率。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，磚內產生嚴重的破壞應力。應力隨多次停窯頻繁作用于磚內，導致其過早開裂損壞。再次開窯時，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯內磚位扭曲，降低窯 襯使用壽命。表３為某兩個廠歷年運轉率與窯襯消耗的對應關系?！　☆l繁開停窯多發(fā)生于系統(tǒng)存在重大問題或剛進行過系統(tǒng)檢修期間，但通過采取以下系列措施可 以減少停窯次數：
第一，在嚴把進廠配件、材料質量關的基礎上，檢修時實行每個子項目專人負責，并實行專業(yè)化管理，以確保檢修質量，每次檢修完畢后，應進行系統(tǒng)聯(lián)動試車，以及時發(fā)現問題，及時處理。
第二，精心操作，根據入窯生料、燃料質量、熟料結粒狀況等綜合因素動態(tài)地調整系統(tǒng)，做到“預先小調整，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，應堅持日巡檢制度，要求各車間、專業(yè)、系統(tǒng)每日至少進行一次巡檢，做到“全員參與，全面巡檢”，發(fā)現問題及時處理，確保生產線正常運轉。

(７)穩(wěn)定窯的熱工制度。窯在運轉時，如熱工制度不穩(wěn)，會造成窯內襯料忽冷忽熱，窯皮時長時塌，極 易發(fā)生耐火磚開裂剝落、炸頭等現象，使用壽命大大縮短。因此，必須采取以下相應措施：
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)定和設備運轉穩(wěn)定，只有實現這“五個穩(wěn)定”，方能保證窯系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。
②風、煤、料和窯速的合理匹配——四者相互聯(lián)系又相互 制約，必須相互適應相互匹配，才能保證熱工制度的穩(wěn)定。
③多通道噴煤管必須針對不同煤質、不同窯況等進行合理動態(tài)操作調整，得到一合適的火焰，以保證 熱工制度穩(wěn)定。
④合理調整篦冷機的操作，保證穩(wěn)定的二、三次風量及風溫，同時兼顧與窯的同步操作，達到穩(wěn)定熱工制度之目的。

３ 結語
影響預分解窯窯襯消耗的因素較多，也較復雜，只有不斷摸索，采用新技術、新材料和提高操作水平來滿足不斷發(fā)展的預分解窯，從而達到既可降低消耗，又可使窯系統(tǒng) 均衡穩(wěn)定的運轉之目的。