耐火澆注料損壞的常見(jiàn)原因及解決措施

  摘要：耐火澆注料目前主要使用在預(yù)熱器、下料管、前后窯口、三次風(fēng)管及冷卻機(jī)等一些形狀復(fù)雜難以砌磚的部位。分析了損壞的常見(jiàn)原因及處理措施。

  1、澆注料在水泥窯中的使用部位

  耐火澆注料因生產(chǎn)成本低，施工方便，在水泥行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。目前主要使用在預(yù)熱器、下料管、前后窯口、三次風(fēng)管及冷卻機(jī)等一些形狀復(fù)雜難以砌磚的部位（如圖1所示），正常使用壽命一般在一年以上。

      2  使用中常見(jiàn)非正常損壞情況

  篦式冷卻機(jī)頂部澆注料非正常脫落，如在生產(chǎn)幾小時(shí)后便脫落，進(jìn)而出現(xiàn)鋼板燒紅燒透；回轉(zhuǎn)窯窯口澆注料使用壽命短，如山東泰安一水泥廠不到三個(gè)月的時(shí)間就開(kāi)始發(fā)生明顯損壞，首先是端面出現(xiàn)脫落，主體出現(xiàn)輕微裂紋和少許脫落，隨之在短期內(nèi)出現(xiàn)較大的裂紋和明顯成塊脫落。這些都造成停窯檢修，從而影響生產(chǎn)。

  3、非正常損壞原因分析

  3.1 錨固件脫落造成澆注料成片脫落

  錨固件在澆注料使用過(guò)程中起到與容器壁緊密貼住、保持澆注體整體性和增加澆注料抗折的作用。在澆注料成片脫落的部位，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，很多地方都是錨固件連根脫落，光溜溜的僅僅殘留一些焊點(diǎn)印跡，很明顯是由于扒釘在焊點(diǎn)處開(kāi)焊才造成了澆注料成片的脫落。

  3.2溫度的反復(fù)劇烈變化造成澆注料很快損壞

  澆注料的熱震穩(wěn)定性能較差，劇烈的溫度變化很容易使之損壞。以回轉(zhuǎn)窯的冷卻帶（特別是窯口處）為例，該處不僅要受熟料不斷地磨蝕，而且還要不斷地受二次風(fēng)和窯內(nèi)高溫熟料的作用，每轉(zhuǎn)一圈，窯襯材料有時(shí)埋在高溫物料下，有時(shí)暴露在火焰下，造成襯料表面溫度隨窯的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生同期性變化，溫度差達(dá)200℃以上，影響深度15～20mm，按照窯速3.5r/min計(jì)算，這種周期性溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致澆注料的表面層發(fā)生熱疲勞；如果冷窯，這種溫度變化更加劇烈。它們都是造成澆注料損壞的原因。檢修剔除時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，殘存部分的澆注料表面20~50mm深度范圍內(nèi)多呈現(xiàn)剝落、掉塊的現(xiàn)象，這主要是熱疲勞造成的損壞。

  3.3 施工原因

  耐火澆注料都有一套嚴(yán)格的施工要求，必須按此要求操作，才能保證澆注料的良好物理性能。例如，某公司決定更換篦式冷卻機(jī)高溫區(qū)頂部澆注料，為了保證按預(yù)定計(jì)劃點(diǎn)火投產(chǎn)，施工隊(duì)采用整體澆注，沒(méi)有按規(guī)定預(yù)留膨脹縫，同時(shí)為了便于施工，用水量比要求使用量明顯偏大。更為嚴(yán)重的是施工一結(jié)束便立即點(diǎn)火升溫，并如期投料。因溫升較快，造成澆注料溫度急劇升高，內(nèi)部水分大量迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生大的膨脹應(yīng)力，從而使?jié)沧⒘媳?、剝落，引起大面積脫落事故。

  上述操作過(guò)程顯然違反了耐火澆注料的施工要求。一是沒(méi)有控制好加水量，加水量對(duì)澆注料強(qiáng)度的影響非常大；二是沒(méi)有預(yù)留膨脹縫（一般應(yīng)每隔約1.5m留膨脹縫），必然在升溫時(shí)產(chǎn)生很大的膨脹力。

  3.4 窯的不正常操作

  在點(diǎn)火或停窯以及窯皮脫落等其它生產(chǎn)不正常情況下，常常出現(xiàn)溫度的急劇變化，使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，因熱疲勞而損壞。在安裝有空氣炮的部位，因空氣炮的頻繁開(kāi)停使該處的澆注料壽命降低。另外，回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因筒體變形過(guò)大而產(chǎn)生的巨大機(jī)械（剪切）應(yīng)力，使窯襯受到周期性的受壓和松壓作用，造成耐火澆注料整體的深度損壞。

  4  解決措施

  4.1  正確選擇錨固件材質(zhì)和焊條材質(zhì)、避免錨固件脫落

  由于窯設(shè)備鋼板、錨固件、焊條材質(zhì)不相同，在使用受熱時(shí)各個(gè)部位熱膨脹量不一致，產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，容易導(dǎo)致焊點(diǎn)開(kāi)裂，從而造成錨固件與澆注料一起脫落。因此，選擇錨固件和焊條時(shí)應(yīng)注意一定要與窯設(shè)備的鋼板材質(zhì)一樣，避免焊點(diǎn)因膨脹量不同而開(kāi)裂。另外，盡量采用焊點(diǎn)多的單個(gè)錨固件或增加焊點(diǎn)長(zhǎng)度，提高焊接牢固度。如可將“Y”形錨固件換為“L”形，甚至將“L”形交叉成“X”形焊接，還可增加錨固件在澆注料很薄時(shí)的固定能力，防止脫落。

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  4.2  提高澆注料的熱震性能或采用熱震穩(wěn)定性更好的澆注料

  以剛玉為骨料的澆注料都具有很好的高溫耐磨性能以及很好的抗液相侵蝕性能，但是剛玉質(zhì)澆注料內(nèi)部不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔，和其它骨料相比較其抗熱震性能則相對(duì)較差。某企業(yè)采用剛玉—莫來(lái)石復(fù)合骨料的耐火澆注料后，澆注體的抗熱震性能明顯提高。

  4.3 提高澆注料質(zhì)量，提高熱容量，降低溫度波動(dòng)變化量

  澆注料的內(nèi)部熱應(yīng)力是由于澆注體熱量的巨大變化造成的，而影響澆注體熱量Q變化，主要有三個(gè)方面：質(zhì)量m、熱容Cp以及溫度差ΔT，它們的關(guān)系式Q=m·Cp·ΔT。提高質(zhì)量和熱容或者降低使用中的溫差，都可以使相同傳熱條件下的澆注料熱量變化梯度變緩，大幅度減弱熱應(yīng)力的破壞。澆注料部位的使用溫度是由燒成制度決定的，在整個(gè)使用過(guò)程中不會(huì)有多大改變；同樣，熱容屬于澆注料本身的性質(zhì)，對(duì)于同一種澆注料其熱容數(shù)值是相同的，而且性質(zhì)相近的澆注料其熱容數(shù)值也是相差不大的；所以，最為有效的方式就是通過(guò)提高澆注體質(zhì)量來(lái)增加澆注體熱焓總量，實(shí)現(xiàn)降低溫度波動(dòng)的目的。提高澆注體質(zhì)量和加大體積也可以提高澆注料整體的機(jī)械強(qiáng)度，從而達(dá)到減少運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中某些澆注料因設(shè)備變形造成的機(jī)械應(yīng)力破壞。如中聯(lián)泰山水泥集團(tuán)有限公司在2007年12月為一條5000t/d生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯窯口澆注料進(jìn)行技術(shù)改造，大幅度增加了窯口軸向澆注長(zhǎng)度，由原來(lái)的600mm加長(zhǎng)到1000mm，使?jié)沧⒘蠈?shí)際質(zhì)量比原來(lái)增加了50%。經(jīng)過(guò)改造，窯口澆注料使用壽命由原來(lái)的平均不足5個(gè)月有時(shí)甚至不足3個(gè)月，提高到1年以上。

  4.4 提高施工質(zhì)量

  在澆注料施工前，必須對(duì)工作區(qū)域及周圍環(huán)境圍起來(lái)保持干凈，以防不凈的物質(zhì)污染耐火材料，施工用工具和設(shè)備也應(yīng)保持清潔。如采用較普遍的水硬性耐火澆注料，在滿足其強(qiáng)度的加水量下，所對(duì)應(yīng)的流動(dòng)性較差，對(duì)施工產(chǎn)生一定影響。在此基礎(chǔ)上的任意增加水量，均會(huì)降低澆注料的強(qiáng)度。因此有的操作人員為便于施工，就隨意增加水量，導(dǎo)致澆注體性能下降。影響澆注料流動(dòng)性的除了加水量外，還有攪拌時(shí)間。有人[1]曾對(duì)一定含水量耐火澆注料的流動(dòng)性與攪拌時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖2。

  從圖2中可看出，澆注料的流動(dòng)性必須在攪拌一定時(shí)間（約3分鐘）以后才開(kāi)始發(fā)揮作用，所以一定要按照耐火澆注料的施工說(shuō)明來(lái)操作。這就要求廠方在施工前后，一定要對(duì)砌筑過(guò)程中每一個(gè)具體環(huán)節(jié)的工作程序進(jìn)行驗(yàn)收。

  圖2  一定含水量耐火澆注料的流動(dòng)性與攪拌時(shí)間的關(guān)系

  此外，養(yǎng)護(hù)和烘烤也是影響澆注料使用性能的重要因素。養(yǎng)護(hù)是為了給澆注料中的結(jié)合劑一個(gè)凝固和硬化時(shí)間，獲得足夠的初期強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)期間控制的關(guān)鍵是澆注料的濕度（應(yīng)保持濕潤(rùn)）、養(yǎng)護(hù)溫度（應(yīng)在15～35℃）和時(shí)間。烘烤是在澆注料硬化后，將其中剩余的水蒸發(fā)出去，在高溫下促使燒結(jié)進(jìn)程，進(jìn)一步提高澆注體的物理性能。烘烤過(guò)程中主要控制的是升溫速率，一般為每小時(shí)15～35℃。升溫一旦開(kāi)始，不能中斷或停止升溫過(guò)程，直到升溫結(jié)束。否則，應(yīng)非常小心的使?fàn)t襯冷卻下來(lái)，而當(dāng)重新升溫時(shí)，必需按規(guī)定步驟進(jìn)行。如某公司[2]臨時(shí)決定更換篦冷機(jī)高溫區(qū)頂部澆注料。為了保證按預(yù)定計(jì)劃投料，施工隊(duì)采用整體澆注，沒(méi)有按規(guī)定預(yù)留膨脹縫；同時(shí)為了便于施工，用水量比要求使用量明顯偏大。更為嚴(yán)重的是施工一結(jié)束便立即點(diǎn)火升溫，并如期投料。因溫升較快，造成澆注料溫度急劇升高，內(nèi)部水分大量迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生大的膨脹力，從而使?jié)沧⒘媳?、剝落，引起大面積脫落事故。這就是典型的沒(méi)有進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和烘烤，從而出現(xiàn)嚴(yán)重后果。

  5  結(jié)束語(yǔ)

  在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，耐火澆注料損壞的原因及采取的解決措施可能不只上述所提到的，并且它們往往是相互聯(lián)系的，因此應(yīng)該根據(jù)具體的情況具體分析并靈活處理，這樣才能充分發(fā)揮耐火澆注料的獨(dú)特性能，達(dá)到最佳的使用效果。

  參考文獻(xiàn)

  王玉東.影響耐火澆注料使用效果的因素.[J].水泥，1997（10）

  韓進(jìn)有.篦冷機(jī)頂部高溫區(qū)澆注料垮落事故分析.[J].水泥，2009（5）