新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料的使用技術(shù)要求

　　一、概述

　　最初，人們采用立窯煅燒水泥熟料時，由于窯的規(guī)格小，煅燒溫度低，僅使用含 Al₂O₃為 30～40%單一的一種粘土磚，初期的回轉(zhuǎn)窯在這一經(jīng)驗上進行改進，采用了高鋁磚和粘土磚，從六十年代起，由于窯的大型化和強化操作，高溫部位窯襯普遍采用堿性磚砌筑，主要品種有：鎂鉻磚（Px83、B-Z-X、S-65）、尖晶石磚（Ag85、R-S-X、Fg90）和白云石磚（K12105）。

　　二、襯料的作用

　　1、 防止高溫火焰或氣流對窯體的直接損傷，保護窯胴體；

　　2、 防止有害物質(zhì)（CO、SO₂）對窯體的侵蝕；

　　3、 防止物料、氣流對窯體的腐蝕；

　　4、 降低窯體溫度，防止窯體被氧化腐蝕；

　　5、 具有蓄熱、保溫的作用；

　　6、 能夠改善掛窯皮性能。

　　三、堿性磚損壞原因

　　通過水泥窯的運行實踐得出的共識是：機械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕是三種最基本的損壞因素，絕大多數(shù)情況下它們綜合作用于耐火材料，并主要表現(xiàn)為：熱-機械綜合效應(yīng)和熱-化學(xué)綜合效應(yīng)。德國耐火技術(shù)公司對使用后的鎂鉻磚進行了大量的實驗研究，并統(tǒng)計了主要損壞原因出現(xiàn)的頻率：

　　1、 機械應(yīng)力占37%：由于窯體變形和磚的熱膨脹作用引起，窯胴體橢圓率ω（%）≤D（m）/10；輪帶的最大滑移量ΔU≤D（mm）/200，一般要求為10～15mm。

　　2、 化學(xué)侵蝕占36%：由于熟料硅酸鹽、鐵酸鹽以及堿鹽的侵蝕作用新型干法水泥技術(shù)引起。

　　3、 熱應(yīng)力占27%：由于過熱和熱震作用引起。 隨著窯型、操作的不同以及窯襯在窯內(nèi)位臵不一，以上三種因素便起著不同的作用。對上述三種基本損壞因素起決定作用的是：火焰、窯料和窯筒體在運轉(zhuǎn)中變形狀態(tài)的變化，使襯里承受各種不同的應(yīng)力。破壞堿性磚的因素如下（共 8 個）：1、熟料熔體滲入；2、堿鹽滲入；3、還原和還原-氧化反應(yīng)；4、過熱；5、熱震；6、熱疲勞；7、機械應(yīng)力；8、磨刷。

　　所以，為求回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯磚難于損壞的重要因素是：1、抗熟料熔體和堿鹽侵蝕的能力強；2、抗熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的顯微結(jié)構(gòu)韌性好；3、抗熱負荷和熱態(tài)磨損的高溫穩(wěn)定性好；4、掛窯皮性能好；5、耐火磚的成份符合環(huán)保需要。

　　四、磚型選擇和磚的外形質(zhì)量控制

　　㈠、磚型選擇

　　1966年德國水泥廠協(xié)會（VDZ）推薦了用于水泥窯的磚型：

　　1、 ISO型（π/3型或 VDZ-A型）：粘土磚和高鋁磚；

　　2、 VDZ-B型（簡稱 B型）：堿性磚。

　　最通用的厚度（高度）有 180mm，200mm 和220mm三種。水泥廠選擇楔形度大小不同的兩種磚型，只要改變每圈中這兩種磚的比例就可通用于該廠不同直徑的幾臺窯上。本廠一線窯Φ4.7×75m 耐火磚配比為B322:B622=80:117，二線窯Φ4.0×60m耐火磚配比為B320:B620=53:114，實際上采用的耐火磚配比為 X:Xa=53:109。

　　磚型代號意義：

　　B322：表示使用于 3m直徑窯上高度為 220mm的 B型磚；

　　B620：表示使用于 6m直徑窯上高度為 200mm的 B型磚。

　　磚型演變的結(jié)果：熱膨脹性較小的粘土磚和高鋁磚的磚型可以稍大，通常取 ISO型磚，其楔形面大頭寬度固定為 103mm，小頭寬度則隨窯徑和新型干法水泥技術(shù) 磚厚而變；熱膨脹性較大的堿性磚，通常取 B 型磚，其楔形面平均寬度為 71.5mm。

　　㈡、磚外形質(zhì)量控制

　　1、 尺寸公差：厚度公差±2%，最大±2mm；楔形面大頭和小頭寬度公差±2mm；大小頭差值的公差±1mm；長度公差±1%，最大±1.5mm。

　　2、 邊損：允許熱面或冷面有兩條邊的損壞達20mm長和3mm 深（分別在磚的兩側(cè)），但不準超過。

　　3、 角損：熱面只許有一處角損，角損處三條棱的角損之和不超過30mm；冷面允許有兩處角損。

　　4、 凹坑、熔跡和鼓包：允許凹坑和熔跡的最大直徑為10mm，最大深度10mm；鼓包最大0.5mm。

　　5、 裂縫：不允許有平行于磨損面的裂紋；不長于20mm，不寬于0.2mm的其它裂紋是允許的。

　　6、 磚受壓面的平整度：棱與中央面之間的高度差值小于 0.5mm。

　　7、 一批耐火磚中有各種缺損毛病的磚不超過總數(shù)的 4%。

　　五、耐火磚的砌筑

　?、濉⑴蛎浛p的留設(shè)

　　膨脹縫的留設(shè)是為了減小因磚的熱膨脹和窯胴體橢圓度造成的應(yīng)力。

　　1、堿性磚的橫縫：國外為1mm的火泥（火泥最大粒徑為 0.2mm），國內(nèi)為 2-3mm（國產(chǎn)磚外形質(zhì)量的規(guī)整度稍差）。本廠干法一線進口磚采用干砌（潔凈法砌筑，磚面直接接觸，理論上脹縫為零），國產(chǎn)磚都采用濕砌，含干法二線窯內(nèi)耐火磚。 國內(nèi)外的實踐證明：采用火泥砌筑的磚襯使用壽命長。因為火泥的流動和壓縮性能都好，既使磚襯中個別單磚位臵有些傾斜，火泥也能防止砌后磚襯中發(fā)生較大空洞，通過磚縫傳布的力能分布在整個磚面上。因此，在機械應(yīng)力過大（如窯輪帶部位）的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)采用火泥砌筑。

　　2、堿性磚的豎縫（又稱環(huán)縫）：鎂鉻磚為2mm，尖晶石磚為3mm，只能采用紙板充填，不能采用鋼板，最好不用火泥。非堿性磚區(qū)內(nèi)的豎縫應(yīng)為零。[Page]

　?、?、擋磚圈的結(jié)構(gòu)

　　回轉(zhuǎn)窯是斜度為 3-4%的旋轉(zhuǎn)鋼筒，在其運轉(zhuǎn)中，巨量的襯磚和上面附著的窯皮向前窯口形成巨大的推力，使耐熱鋼材質(zhì)的窯口護鐵難以承受。因此，在距窯口約 0.8m的部位，設(shè)臵擋磚圈，既求對窯襯上推，又加固窯筒體使之保持規(guī)整。

　　擋磚圈的形式：

　　1、 凸緣型：高 30-50mm，寬 50-80mm，須配用異型磚，如圖 1；

　　2、 平坦型：高 50mm，寬 180mm，須配用異型磚，如圖 2；

　　3、 平行布臵的兩道等高型：即采用兩道“凸緣型”擋磚圈，其間距80mm左右，須配用異型磚，如圖 3。

　　本廠干法一線窯口擋磚圈采用的是“平行布臵的兩道等高型”，規(guī)格為 50×50mm，間距 80mm；干法二線窯口擋磚圈采用的是“平坦型”，高50mm，寬 180mm。在擋磚圈上均配臵 180mm長的異型磚。 為了保護窯皮的穩(wěn)定性，燒成帶和過渡帶內(nèi)不應(yīng)設(shè)臵擋磚圈。在窯內(nèi)低溫部位設(shè)臵擋磚圈時，其距相鄰輪帶中心距離不少于 4m。本廠干法一線窯內(nèi)擋磚圈的位臵分別為： 0.71m、 39.95m、 47.95m、 55.95m、 65.95m、74.20m 共六道；干法二線窯內(nèi)擋磚圈的位臵分別為：0.68m、34.88m、44.88m、59.26m共四道。

　　六、耐火磚的使用

　　㈠、烘烤和冷卻

　　窯內(nèi)磚襯砌筑后，必須進行妥善的烘烤。烘烤中，升溫速度不能太快，以免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力而導(dǎo)致磚襯開裂、剝落，尤其大型回轉(zhuǎn)窯。 升溫平穩(wěn)時，窯體溫度相應(yīng)漸增，向外漸脹，對磚襯的膨脹起道一定的 補償作用。在耐火磚的冷端（磚的大頭），隨磚型的不同，有一個厚50-70mm的低應(yīng)力區(qū)，超過該區(qū)后，壓應(yīng)力徒增。

　　以本廠干法一線為例：

　　1、一般檢修結(jié)束后，18h的升溫曲線：見圖 4。

　　2、窯慢轉(zhuǎn)：

　　停窯而不更換堿性磚時，降溫必須緩慢適度。初停窯時，絕不能靠排風(fēng)強制冷卻，這時，沖水冷卻窯襯的方法更必須禁用（若下大雨或大雪時，窯慢轉(zhuǎn)的間隔旋轉(zhuǎn)時間減半）。若窯皮厚度正常，又不露磚，應(yīng)先自然冷卻 8h，等窯皮表面變黑后，方可加快冷卻速度，如開窯門等。

　　怎樣在不損壞窯襯和窯體的前提下，加快烘窯速度，以求增產(chǎn)熟料，是水泥工作人員普遍感興趣的問題。如日本普遍采用 6～8h 的快速烘窯制度?？偨Y(jié)國內(nèi)外的經(jīng)驗，應(yīng)采取以下措施：

　　1、 控制窯體。特別是使第二道輪帶處窯體不變形。回轉(zhuǎn)窯快速烘烤中，窯體升溫較快，而輪帶由于散熱面積大升溫要慢得多，若兩者間的溫差達到 60℃，窯體和輪帶間的間隙會降至零而產(chǎn)生“縮頸”現(xiàn)象，不但損壞耐火磚，所造成的窯體變形即使冷卻下來也不能完全復(fù)原。所以，此時就必須采用風(fēng)機強制冷卻第二道輪帶兩側(cè)的窯體。該區(qū)域的磚襯以濕砌為宜。

　　2、 控制廢氣溫度?？焖俸娓G中，燃耗甚至高達 3倍，窯內(nèi)氣流速度快，溫度高，必須將其廢氣溫度降至正常。所以，開窯時，要開啟增濕塔系統(tǒng)。

　　3、 選用適當?shù)哪突鸫u。堿性磚在實際使用中，必須保持應(yīng)有的結(jié)構(gòu)韌性，顯氣孔率不能太小，厚度以下表為宜：

　　對于檢修更換的鎂鉻磚，不宜采用 6～8h 的快速升溫。另外，對水硬性澆注料，低溫階段要逐步排除附著水和化學(xué)結(jié)合水，高溫階段要避免物料被燒結(jié)，必須按物料的材質(zhì)、用量以及襯里厚度來決定升溫制度，通常為 15～30℃/h。常溫下，24h 的凝結(jié)期內(nèi)不能振動和加熱。窯口澆注料在施工中，通常環(huán)向以 1m間隔規(guī)則的設(shè)臵膨脹縫（高度為砼厚度的2/3，厚度為10mm）。

　　㈡、掛窯皮和保護窯皮

　　耐火磚上第一層優(yōu)質(zhì)窯皮的形成條件是：熟料顆粒細小均勻，在同一溫度下，熟料中熔體的含量、粘度和表面張力適當，且耐火磚熱面層中也形成少量熔體，于是，料層底部的熟料顆粒便和磚面牢固的相粘。這樣，層層熟料不斷地粘附，窯皮漸厚，直至窯皮加耐火磚組成的總厚度過于龐大，使窯皮表面溫度過高，造成該處熟料中熔體含量過多且粘度太稀，熟料粒度也增大過多，不再繼續(xù)相粘形成更厚的窯皮為止。 入窯生料成份和數(shù)量的波動、火焰溫度和位臵的變化都使熟料及窯皮表面層中熔體含量、粘度和表面張力、熟料粒度發(fā)生變化，窯皮不斷消長。

　　為求開窯時掛好窯皮，正常生產(chǎn)中維護好窯皮，必要時還要補掛好窯皮，應(yīng)做到：

　　1、 窯襯砌筑的前后，均要從嚴清除窯內(nèi)舊磚和雜物以及殘留于磚面上的火泥等，避免在火磚表面掛上質(zhì)量低的第一層窯皮。

　　2、 從嚴配合好烘窯中磚襯和窯料的升溫情況，確保進入燒成帶的第一批窯料和該處火磚同時處于良好的掛窯皮狀態(tài)?？刹扇　傲艋鸫稀钡霓k法。

　　3、 開窯前和正常運轉(zhuǎn)中，都要嚴格檢查、控制窯用燃燒器系統(tǒng)，燃燒器結(jié)構(gòu)、位臵和火焰形狀應(yīng)保持在正常狀態(tài)下運行。 為了滿足大型窯的種種要求，必須配套使用一系列的堿性磚、高鋁磚、耐堿磚、耐火澆注料和隔熱材料，構(gòu)成現(xiàn)代化的耐火襯里。