電石渣制水泥燒成系統(tǒng)耐火材料的使用經(jīng)驗

電石渣是電石法生產(chǎn)乙炔過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，隨著PVC市場需求量的增加，電石渣的量也在增加，這需要與其配套的產(chǎn)業(yè)及時將其利用，以避免其堆放帶來的對土地資源的占用和環(huán)境污染。用電石渣配料生產(chǎn)水泥熟料的工藝已經(jīng)十分成熟，是消納電石渣的最佳匹配工藝，國內(nèi)已有相當數(shù)量的電石渣配料生產(chǎn)水泥熟料的生產(chǎn)線在消化大量的電石渣，實現(xiàn)資源綜合利用，促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。但該工藝與傳統(tǒng)石灰石配料生產(chǎn)水泥熟料的生產(chǎn)線不同，這種不同不僅體現(xiàn)在電石渣主要成分與石灰石不同外，還體現(xiàn)在電石渣含有較多的有害成分Cl-、S等。這些有害成分控制不到位，單位時間富集的量較傳統(tǒng)配料的生產(chǎn)線更多，更易帶來系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)皮堵塞，加重設備的腐蝕，縮短耐火材料的使用壽命。本文結(jié)合工廠生產(chǎn)實際，對電石渣配料生產(chǎn)熟料生產(chǎn)線耐火材料的使用經(jīng)驗進行總結(jié)，以供相關(guān)企業(yè)參考。

1電石渣配制生料的有害成分

擁有三級旋風筒預熱器帶管道式分解爐預分解窯水泥生產(chǎn)線一條，日產(chǎn)熟料2500 t，專門利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料。電石渣是電石水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣，可以代替石灰石配制生料，高敏、文柏鳴的研究指出，不同廠的電石渣有害元素含量相差比較大，應根據(jù)具體的情況采取處理措施，但總體還有一定傾向性，比如堿含量都比較低，而硫和氯的含量則波動大。我公司所用電石渣配制的生料從成分上就能看出其含有相對較高的硫、氯等有害物質(zhì)，見表1、表2。

2有害成分對耐火材料使用性能的影響

從表1和表2的對比可以看出，利用電石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出許多，尤其是后者。這些成分不僅通過引發(fā)結(jié)皮影響耐火材料的使用壽命，也會通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命，還會透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命。

2.1通過引發(fā)結(jié)皮影響耐火材料的使用壽命

硫、氯在預熱器系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)富集，當超過一定含量時就會產(chǎn)生大量低熔點礦物粘附在生料和耐火材料表面，不斷積累，最終因管道有效容積減小或脫落發(fā)生堵塞事故，嚴重影響企業(yè)的

表1石灰石配制生料的化學成分%

表2電石渣代替石灰石配制生料的化學成分%

正常生產(chǎn)。大量研究也證明生料中的氯離子在預熱器中與堿形成氯化堿，氯化堿的熔點低，最低熔點在650～700℃，其以熔融態(tài)粘附在物料表面形成液相粘膜，并與生料和飛灰一起構(gòu)成粘聚物質(zhì)，阻礙生料的顆粒流動，從而使物料在預熱器中流動不暢和形成粘附性結(jié)皮堵塞。氯化堿沸點低，揮發(fā)率高，再次富集的濃度高，從而導致氯化堿和堿的大量循環(huán)富集，從而加重預熱器和分解爐的粘結(jié)性結(jié)皮堵塞事故。

多年的實踐證實，當入窯生料中SO3≥0.7%，Cl-≥0.2%，預熱預分解系統(tǒng)內(nèi)、煙室結(jié)皮(圖1)就會增多變硬，不但影響系統(tǒng)通風導致煤粉燃燒不充分，窯內(nèi)長厚窯皮，嚴重時影響產(chǎn)、質(zhì)量，而且容易頻發(fā)系統(tǒng)堵塞造成停機。我們對結(jié)皮樣品進行化學分析，結(jié)果如表3，結(jié)皮樣中氯含量是生料的7倍之多。

圖1預熱預分解系統(tǒng)結(jié)皮狀況

表3結(jié)皮樣品化學分析結(jié)果%

預熱預分解系統(tǒng)澆注料主要以碳化硅抗結(jié)皮澆注料為主，其原理是在高溫狀態(tài)下，材料表面會自然形成釉，阻止入窯生料中玻璃相的滲透，從而起到抗結(jié)皮的作用，因具有很高的硬度和非常好的高溫體積穩(wěn)定性，不與生料反應而被廣泛使用。當生料中Cl-含量異常升高后導致系統(tǒng)結(jié)皮增多，為了保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)必然增加清掃頻次。目前的清掃工具以高壓水槍為主，原理是用長槍桿將水射入結(jié)皮內(nèi)，在高溫物料內(nèi)水驟然汽化而產(chǎn)生強烈爆炸將結(jié)皮除掉，頻繁使用會破壞澆注料表面那層釉，導致表面凹凸不平，如圖1，降低了澆注料的抗結(jié)皮效果。

2.2通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命

一些知名的耐火材料供應商，比如雷法、奧鎂等，對耐火磚的失效機理進行了深入研究。他們認為耐火磚經(jīng)常會遭受化學滲透、機械應力、熱應力的作用而失效。奧鎂公司在一份報告中指出，在燒成系統(tǒng)運行一段時間后，中性的堿鹽會凝固并沉積在耐火磚的孔隙中并將孔隙充滿。如果系統(tǒng)中硫的含量高，進入火磚基質(zhì)中的腐蝕性液體會破壞鎂質(zhì)磚中的硅酸鈣結(jié)合相?；鸫u中的孔隙被鹽類(比如Na2SO4、NaCl、KCl)充滿后，火磚的導熱系數(shù)會急劇提高，當溫度升高時，鹽類凝結(jié)區(qū)域會向冷面移動，更大范圍地影響耐火材料的性能?；鸫u的導熱系數(shù)急劇提高帶來的結(jié)果是：回轉(zhuǎn)窯筒體的溫度上升，散熱損失增大，另外加速筒體的腐蝕。

2.3透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命

燒成系統(tǒng)鋼材消耗除了普通鋼板外使用量最大的就是耐熱不銹鋼，例如旋風筒內(nèi)筒、窯頭、尾護鐵、窯尾下料簸箕和澆注料骨架錨固件等。由于澆注料等耐火材料孔隙率大，加上Cl-具有離子半徑小、穿透能力強等特點，通過氣孔深入到內(nèi)部，吸附在金屬表面，許多研究證明金屬表面有一層致密的氧化膜(鈍化膜)，其厚度在10～30埃，在侵蝕性離子作用下，鈍化膜破壞的地方形成一個圓孔產(chǎn)生點蝕，這些地方容易形成點蝕核心，點蝕坑內(nèi)往往填充著腐蝕產(chǎn)物，就會形成點蝕源。圖2所示是金屬錨固件遭受腐蝕的情況，錨固件腐蝕嚴重導致承載力不足，澆注料會因此發(fā)生松動、脫落。

圖2耐火材料錨固件等金屬器件的腐蝕鋼

3延長耐火材料使用壽命的措施

通常情況下，燒成系統(tǒng)耐火材料的更換要以檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照標準進行，嚴禁隨意拍板或按時間更換的不良做法。應根據(jù)運行期間筒體溫度、耐火磚表面及側(cè)端面侵蝕情況及下一個計劃運行周期綜合考慮。

從表1和表2的對比可以看出，利用電石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出許多，為了不影響企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)，采取了以下措施：

(1)為了緩解Cl-對金屬錨固件的腐蝕，用無機防腐涂料隔離Cl-與金屬錨固件的接觸，可有效防止不銹鋼腐蝕。

(2)普通奧氏體不銹鋼在含有氯離子的環(huán)境里很容易發(fā)生點腐蝕和縫隙腐蝕。因此可以使用超級奧氏體不銹鋼材料提高抗氯離子侵蝕能力，根據(jù)情況選擇不同合金型號，例如提高合金金屬里的鉻≥20%，鎳≥20%，鉬≥6%含量，有助于增強不銹抗局部腐蝕能力。

(3)使用抗結(jié)皮性能較好的澆注料，目前通用SiC抗結(jié)皮產(chǎn)品，其機理是SiC與氧氣發(fā)生反應，在耐火材料表面形成一層致密的玻璃相，減少有害氣體滲入耐火材料內(nèi)部，同時增加了耐火材料的表面張力，降低了與有害成分的粘附，從而達到抗結(jié)皮的功效。這在一般正常操作情況下是沒有問題的。

(4)科學合理匹配燒成系統(tǒng)澆注料(見表4)和回轉(zhuǎn)窯所用耐火材料(見表5)。

表4不同部位澆注料的配置及使用壽命

*實際壽命是本企業(yè)實際使用情況。

表5回轉(zhuǎn)窯所用耐火材料

4結(jié)束語

預分解窯與生俱來的優(yōu)勢必然使水泥工業(yè)成為綠色環(huán)保功能產(chǎn)業(yè)，資源化利用工業(yè)固體廢棄物是這一趨勢的具體表現(xiàn)之一。利用預分解窯處理電石渣就是這一趨勢的具體實踐。在實踐中，發(fā)現(xiàn)在利用電石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出許多。這些成分不僅通過引發(fā)結(jié)皮影響耐火材料的使用壽命，也會通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命，還會透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命。采取的措施是：(1)用無機防腐涂料隔離Cl-與金屬錨固件的接觸;(2)選用超級奧氏體不銹鋼材料增強不銹鋼抗局部腐蝕能力;(3)使用抗結(jié)皮性能較好的澆注料;(4)科學合理匹配燒成系統(tǒng)澆注料和回轉(zhuǎn)窯所用耐火材料。