淺談美標熟料生產(chǎn)對窯襯使用壽命的影響

　　窯用耐火材料（以下簡稱窯襯）鑲砌在回轉窯筒體內壁，保護著筒體鋼板。窯襯的使用壽命對回轉窯設備的連續(xù)安全運轉、熟料產(chǎn)量和質量的提高以及生產(chǎn)成本的控制具有十分重要的意義。本文就回轉窯煅燒美標硅酸鹽熟料前后窯襯的變化情況進行介紹。

　　1 窯襯被侵蝕的化學機理[1]

　　在熟料燒成過程中，預熱器和回轉窯之間內循環(huán)所富集的堿（鉀、鈉）、鹵族（氯、氟）和硫的化合物等，隨煙氣和原料侵蝕著窯襯，與窯襯發(fā)生熱化學反應，生成新的低熔礦物，而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度的膨脹，致使窯襯剝落或開裂。有些新生低熔礦物會使窯襯結構變得疏松，這樣耐火材料就失去了原有的特性，比如強度、熱傳導及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化，致使窯襯的使用壽命變低。

　　理論認為生熟料中堿硫比（ASR）值的大小反應出堿硫在窯料和窯尾內存在的形式和對窯襯的侵蝕類型，根據(jù)堿硫比（ASR）值的大小分為三種情況：堿過量、硫過量和堿硫相對平衡對窯襯侵蝕的情況，一般來說，合適的堿硫比為0.8~1.2，此時對窯襯的侵蝕較弱。

　　2 從生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料到美標熟料窯襯發(fā)生的變化

　　山東山水集團所屬某子公司根據(jù)市場需要，利用5 000 t/d預分解窯生產(chǎn)線，由生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料轉產(chǎn)美標Ⅴ型熟料，用以制備美標水泥。

　　我公司生產(chǎn)美標Ⅴ型熟料（表1）是從2006年11月19日開機調整配料，即由普通熟料配比轉為美標熟料配比，21日開始試生產(chǎn)，25日正式生產(chǎn)，到30日結束，累計生產(chǎn)32 000 t美標熟料。熟料的各項指標合格，但為了達到C3A≤5%的指標，該公司付出了巨大代價。

　　2006年11月1日檢修時，窯內前12 m磚厚基本上都在150 mm左右，窯皮厚度100 mm左右。到12月28日8 m處紅窯檢修，僅僅不到兩個月時間，大部分磚厚在50 mm左右，窯皮厚度30 mm～50 mm。磚損耗100 mm以上。這一批磚是同年7月2日更換的，正常使用周期應該是8～12個月。這一次僅僅使用了6個月。據(jù)此推算如果長期生產(chǎn)美標熟料，耐火磚的使用周期將縮短為3～5個月，一年內窯燒成帶會多換2～3套磚，噸熟料增加直接成本2.27元/t左右 (未考慮檢修換磚產(chǎn)量的降低、成本的增加)。

　　表1 美標Ⅴ型熟料質量指標（表1略）

　　3 窯襯嚴重侵蝕的原因分析

　　3.1 配料方案的選擇分析[2]

　　生產(chǎn)當中可供選擇的鋁質校正原料（頁巖）中堿含量很高，為滿足堿含量≤0.55%、C3A≤5%的指標，必須控制堿和鋁的含量，降鋁的辦法就是提高鐵含量。美標熟料生產(chǎn)過程中正是采取了這種辦法，采用“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案（IM由1.45減小到0.88），直接配備生料入窯煅燒。在停生料磨之前先將生料庫幾乎空出，然后直接制備美標V型熟料所需生料，出磨生料在1~2 h后入窯，中間無過渡，致使窯況出現(xiàn)較大波動，窯襯侵蝕加劇。

　　3.2 出窯熟料質量

　　出窯熟料質量情況見表2。（表2略）

　　3.3 窯襯侵蝕機理分析

　　由于指標中必須大幅降低堿含量，生產(chǎn)實踐采取提高鐵的做法，實際上破壞了堿硫的相對平衡，入窯物料由堿硫的相對平衡，變?yōu)榱蚝繉A相對增多的情況（見表3），這時侵蝕類型向硫過量為主導的情形轉變，侵蝕機理發(fā)生了明顯變化。同時在氧化氣氛下，煙氣內的SOx與C2S中的CaO反應，生成無水石膏CaSO4（體積增加27.5%）。游離的SO3與窯內C2S及鎂鉻磚內的MgO等成分起化學反應，生成熔融化合物，主要有C2S、C3S、MgS2、CMS，上述反應所生成的低熔融化合物，滲透耐火襯磚內，既破壞了耐火磚的耐火度，又損壞了窯襯的致密結構，降低窯襯的使用壽命。同時，鎂鐵尖晶石磚在CaO作用下，Mg＋被取代，生成Ca2Fe2O5，在此過程中，由于新相的成立，鎂鐵尖晶磚失去原有的陶瓷結構，降低了材料的強度。

　　表3  生產(chǎn)美標熟料及其前后堿硫含量情況對比（表3略）

　　另外經(jīng)驗公式告訴我們：

　　結皮值＝熟料液相量＋0.2C2S+2F[3]

　　對這一公式可解釋為：熟料液相是形成窯皮的主體，C2S的聚集結晶可促進窯皮長度增長，F(xiàn)e2O3能顯著降低燒結溫度和液相粘度，三者都可促進窯皮的形成。結皮值達33時，掛窯皮無困難，超過40時，就會形成大塊熟料、結圈，或者掛不住窯皮的嚴重后果。為了保證恒定結皮值，必須降低鐵含量，因而提高鋁氧率勢在必行。按照上述公式計算可知：普通熟料結皮值為37.626，處在合理范圍內，美標熟料結皮值為41.846，超出保持恒定結皮值的合理范圍，導致熟料液相粘度降低，窯內高溫聚集，一方面燒成帶耐火磚燒蝕嚴重，另外形不成牢固窯皮，疏松窯皮易粘掛剝蝕耐火磚，耐火磚使用壽命大大縮短。這樣的計算所得結果與生產(chǎn)實踐相吻合。

　　在生產(chǎn)美標熟料期間，窯皮剝落較快，基本上掛不住窯皮，雖然采取了調整噴煤管和降低窯前喂煤，進而降低產(chǎn)量（5 300 t/d）等措施，但是效果不大。

　　隨后恢復以前的配料方案，提高Al2O3，降低 Fe2O3（見表2）。從窯皮和筒體溫度檢測來看，窯皮粘掛有很大改善。大修停窯時檢測，前12 m窯皮在100 mm左右，12 m以后窯皮厚200 mm左右。

　　3.4  生產(chǎn)實踐中應采取的對策

　　3.4.1 遵循原則

　　配料方案的確定和煅燒工藝參數(shù)的調整優(yōu)化宜采取循序漸進的方法。盡管5 000 t/d預分解窯對原燃材料的適應性強，若采取一步到位的方法必會對回轉窯熱工制度的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，從前面實例可知，對窯襯的破壞是災難性的，同時熟料質量穩(wěn)定性變差。

　　3.4.2 煅燒參數(shù)的調整

　　從熟料燒成理論可知，“高鐵含量、低鋁氧率”的配料方案會顯著降低液相生成溫度，導致液相提前出現(xiàn)，易出現(xiàn)窯尾結皮、堵塞。因此對分解爐出口溫度的控制應在一定范圍內，建議控制在880～860 ℃范圍內，嚴禁分解爐燒大火，溫度不能超過880 ℃，生料分解率90%為宜，對尾溫控制在1 050 ℃左右。根據(jù)熟料結粒、結大塊、窯皮脫落的情況，及火焰形狀、窯速控制、入爐風溫風量進行同步適應性的調整，使窯逐步適應物料的變動情況。中控人員應準確判斷，及時調整，把物料變化的不利影響降到最低，使新產(chǎn)生的窯皮牢固、致密地附著在舊窯皮上。

　　4  結束語

　　事實證明，5 000 t/d預分解窯能夠生產(chǎn)美標熟料[4]等一些特殊品種水泥熟料，但切忌無過渡一步到位改變熟料配比，否則會對回轉窯熱工的穩(wěn)定和安全運行產(chǎn)生不利影響，引起窯況、質量大的波動，加速窯襯侵蝕速度，嚴重縮短窯襯等保溫材料的使用壽命，最終影響回轉窯的安全運轉。

　　參考文獻

　　[1] 陶貴華，范泳.提高水泥窯用耐火材料使用壽命的技術要求[EB/OL].[2007-08-01].http://www.chinabmn.com/html/14/183/2007/8/ch53835105011870022205-o.htm.

　　[2] 汪瀾，崔素萍.再論預分解窯水泥生產(chǎn)配料方案的選擇[J].水泥工程，1997（4）.

　　[3] 姚立紅.懸浮預熱器窯防后圈的措施[J].水泥 .2005（1）：36.

　　[4] 池金果.ASTMC150美標V型波特蘭水泥熱料的生產(chǎn)[J].新世紀水泥導報，2007（3）：14～15.