郭醒民：關于旋窯出口處耐火材料的改造及效益分析

　　江西亞東水泥有限公司首席副總經理郭醒民　　

　　9月15日，由中國水泥網主辦，通達耐火特別協(xié)辦的“2012第二屆中國水泥耐火材料技術高峰論壇”在杭州圓滿落幕。本次會議以“合理選用優(yōu)質耐材 降低噸熟料材耗”為主題，就如何提高耐火材料使用壽命，提高窯爐運轉率，降低噸熟料耐材消耗等內容作了深入的探討和交流。會上，江西亞東水泥有限公司首席副總經理郭醒民受邀參加會議并做了題為《關于旋窯出口處耐火材料的改造及效益分析》的報告，內容整理如下：

　　一、前沿

　　公司現有的4條4200t/d生產線（實產4850-5050t/d）在運轉，均為德國KHD Humboldt Wedag公司設計的Pyroclon預煅預熱式窯外分解窯型，回轉窯規(guī)格為Ф4.8*52m。

　　自2000年7月1#窯投產至今，窯內耐火磚使用情況良好，整體壽命均在20個月以上，但窯出口處耐火材料期限則較短，平均約為7個月，最短使用壽命僅4個月，且歷年停窯大修原因95%均是因為窯出口處耐火材料脫落，致窯殼燒紅而停窯處理。故窯出口處耐火材料已成為制約旋窯運轉率和公司效益的一個“瓶頸”，對其進行創(chuàng)新改革是公司面臨的一大課題。

　　2008年8月，在經過慎重的考研和充分的前期準備下，專案小組同仁對公司1#窯出口系統(tǒng)進行了技術改造，改用了西班牙R公司出品的PF-97-H澆注料。改造后使用壽命提高到14個月（3#窯甚至長達18個月），為公司創(chuàng)造了巨大的經濟效益，同時減少了大量的人力物力投入，更為爾后長期高效運轉，奠立了更加堅實的基礎。

　　二、歷史背景

　　事實上，在改用西班牙R牌 PF-97-H澆注料之前，已經歷經了兩個階段，即使用砌耐火磚和磷酸鹽火泥。此二時期的情況分別敘述如下：

　　1.奧地利奧鎂砌耐火磚時期

　　2000年至2003年6月，窯出口一直采用砌磚方式，我們依奧地利奧鎂公司設計砌磚圖嚴格施工，在窯出口1.0m處焊裝擋磚圈，后因擋磚圈處亟易掉磚，導致窯殼出紅變形，無法正常砌磚，后將擋磚圈移到1.4m處，但仍然容易掉磚，使用壽命一般在6-8個月，最短才4個月（見表1）。窯出口掉磚后，窯殼易燒紅變形，對后期窯磚使用壽命不利，在2003年6月，將窯出口改用日本S牌 PA808磷酸鹽火泥。

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　　2.日本S牌 PA808磷酸鹽火泥時期

　　2003年6月開始使用日本S牌 PA808磷酸鹽系列澆注料，惟仍保留擋磚圈。施工時嚴格按設計要求，如Y 形抓釘規(guī)格為Ф16*220mm，擋磚圈上Y形抓釘規(guī)格則為Ф16*190mm，材質SUS310S，澆注料分五層搗實，厚度為250mm，軸向長度為1400mm， 沿窯出口圓周方向分12等份施工，每等份分五層，用氣動沖擊錘將按比例攪拌好的澆注料逐層搗實，每等份振搗時間至少需兩小時。此一過程中需特別注意養(yǎng)護和升溫，常溫下養(yǎng)護12小時。后期采用先做澆注料再砌磚，養(yǎng)護時間在72小時以上；升溫過程系采初期小火慢烘，后續(xù)正常加溫，按照預定的升溫曲線逐步烘烤。到2008年，共使用日本S牌 PA808火泥9次，平均壽命也僅為7個月（見表2）。

　　3．綜合小結

　　上述兩時期雖然都依嚴格的要求程序施工，但使用效果仍不理想。第二時期澆注料使用后首先在整個端面產生磨損脫落，尤其是擋磚圈位置磨損脫落明顯，使用2-3個月后澆注料呈現弧形，在窯口鼻圈位置澆注料厚，向窯內軸向方向變薄，最薄位置在擋磚圈和第一圈位置處，再往窯內耐火磚位置磨損變小，厚度高于澆注料。使用4-7個月后，窯口擋磚圈和第一圈耐火磚出現部分外露，甚至露出窯筒體，2005年即因為窯出口澆注料脫落，被迫停窯三次，嚴重影響窯的運轉質量，也給公司的永續(xù)經營帶來巨大的壓力。（見圖1）

　　三. 窯出口耐火材料損壞的機理分析

　　1. 擋磚圈熱疲勞后變形損壞

　　擋磚圈上澆注料厚度只有180mm（若是使用耐火磚同樣比窯尾的耐火磚高出很多，極易被剪切和磨蝕），剛性明顯比其它部位差，在機械變形產生的剪切力作用下更容易產生表面剝落。擋磚圈上耐火物變薄后擋磚圈溫度升高，產生膨脹變形加速其損壞，最后擋磚圈部分焊縫由于承受溫度變化次數多，產生熱疲勞而脫焊，一旦脫焊部位翹起，就會對耐火材料造成毀滅性的破壞。

　　2. 機械應力及窯皮結構不穩(wěn)定

　　旋窯在運轉過程中窯殼會發(fā)生機械變形成為橢圓，窯口也會受承周期性的受壓和松壓作用的剪切力，當橢圓度越大，窯口耐火物受到的徑向剪切力也越大，損壞越快；而窯出口窯皮頻繁的結掉，就造成了澆注料表面隨窯皮一起剝落。

　　3. 窯出口強烈的熱疲勞

　　窯在旋轉過程中，窯口耐火材料有時被熟料覆蓋，有時暴露在火焰高溫下，耐火材料表面溫度隨窯的轉動而發(fā)生周期性的變化，溫度差在200℃以上。這種反復的溫度升降導致澆注料熱疲勞也是造成耐火材料脫落的重要原因。

　　4. 超高溫下堿、氯、硫等化學元素的侵蝕

　　熟料中含有堿、氯、硫等化學物質，在1100℃左右溫度下磨擦滲透進入耐火材料中，影響深度可達50-100mm，這也是造成耐火材料脫落的原因之一。[Page]

　　四. 西班牙R牌PF-97-H=專用澆注料特性

　　為徹底改善窯出口澆注料的使用壽命、提高公司的綜合效益，專案小組積極聯絡國內外多家知名耐火材料制造商，深入進行細致的交流探討，同時大量參照國內外廠家使用的前例，加上對外廠的實地考察，經過認真分析，最終選擇試用西班牙R公司的窯口專用PF-97-H澆注料，它是一種抗磨損強水泥型窯口專用澆注料，可以用在水泥窯系統(tǒng)條件非?？量痰牟课唬哂腥缦绿匦裕?

　 （1）.很高的機械強度；

　 （2）.超強的抗磨損性能；

　 （3）.很好的耐堿氯硫等化學元素的侵蝕性能；

　 （4）.很高的使用溫度；

　 （5）.良好的抗結皮性能；

　 （6）.良好的抗熱震性能；

　 （7）.施工速度快。

　　因為R牌PF-97-H澆注料有以上諸多優(yōu)點，加上其獨有設計與施工方案，使該澆注料在國內外部分新型干法水泥生產線上使用效果良好，壽命平均可達10-24個月不等。

　　五．西班牙R牌PF-97-H之特殊設計

　　1.改變窯口擋磚圈位置

　　以往耐火材料設計商都要求在窯出口設置擋磚圈，用于擋住窯內窯磚的剪切力和擠壓力。西班牙R公司在設計上非常獨特，它取消擋磚圈或改小尺寸并將其預埋在澆注料中間，而來自窯磚的軸向推力則完全依靠澆注料自身的強度及抓釘就能克服。（據R公司提供數據顯示，經過正常養(yǎng)護后的澆注料，其高溫強度可達120MPA以上）。擋磚圈位置調整后，第一圈磚就不會因為來自鐵質擋磚圈的力量而被破壞。

　　2. V形抓釘和圓孔座搭配使用

　　圓孔座焊好后將V形抓釘套在圓孔座上，抓釘與圓孔座之間僅點焊，確保抓釘和澆注料受熱時可自由膨脹，不被自身破壞，且抓釘頂部的熱量不易傳到根部焊點處。同時根據同種材質焊接強度最高的原則，在窯出口鼻圈處使用不銹鋼圓孔座，用不銹鋼焊條焊接。在窯殼部分使用普通材質圓孔底座，用普通高強焊條焊接。抓釘則全部采用不銹鋼材質。（如圖2）

　　3.沿圓周方向分成24格，每格一次性澆注完成

　　由于該澆注料水化硬化速度快，故可連續(xù)施工，節(jié)省施工時間，且可直接使用自來水攪拌、無毒害，施工方便快捷；每格施工采一次性整體成型，對其強度大有益處（原日本S牌 PA808火泥為分層施工）。

　　4.嚴格打透氣孔和預留膨脹縫

　　澆注料在預熱升溫過程中，極易因水汽大量蒸發(fā)時排放不及，而導致澆注料爆裂脫落，故施工中采用打透氣孔和預留膨脹縫方法解決水汽蒸發(fā)排放等問題（如圖3）

　　如示意圖（圖4）所示，2008年8月，江西亞東水泥公司#1窯改用西班牙R牌 PF-97-H澆注料。施工時，將窯出口沿圓周方向分成24塊，每塊分成2格，將按照配比攪拌好的澆注料倒入方格內，使用強制式震動棒震實，施工時間約12小時，比原用的澆注料節(jié)約18個小時。關鍵是澆注料攪拌加水量控制和及時震實，由于澆注料20分鐘后凝固，故超過20分鐘未震實澆注料即無法使用。澆注完成，利用約26個取暖器對澆注料表面進行加熱養(yǎng)護48小時（見圖5）[Page]

　　使?jié)沧⒘媳砻鏈囟冗_到150℃以上。而在開窯點火時，則使用較小的21#燃油噴嘴，盡量減少點火初期用油量，開始10小時內，溫升控制在20-30℃（見圖6）。點火烘烤初期 ，要將未得到加熱器烘干的第一、二塊火泥轉至最下方，因為此處的溫度較中部和頂部的溫度上升的慢，如此可減緩溫度急劇變化對火泥的損害。

　　七. 西班牙R牌窯出口澆注料的使用效果

　　2008年8月#1窯依上述工序及要求使用R牌 PF-97-H 后，一直用到2009年10月，壽命長達14個月（見圖7），同時江西亞東#3窯也于2008年9月采用同樣方法施作，使用18了個月（見圖8）。目前亞泥中國的四川亞東、湖北亞東、黃岡亞東先后仿照本公司引進該耐火澆注料與施工方式，使用情況廣獲好評。

　　八. 經濟效益分析

　　以往每套窯每兩年至少停窯大修三次（即1.5次/年），現可減少到1次/年，亦即每年每套窯減少停窯檢修時間至少6天。以一套窯為例，內部綜合效益分析如下：

　　1、直接經濟效益：

　　若按目前亞泥中控10套窯計算，每年可創(chuàng)造直接經濟效益RMB 1900萬元，同時亦會帶來下述間接經濟效益。

　　2. 間接經濟效益

　?。?）.早期開始采用，可以減低了窯口砌磚的難度，使砌磚更加嚴實且不易脫落

　　由于#1號窯在使用8年后才采用此種施工法，窯口同一圈已有3處嚴重變形，砌磚難度非常大，且不易砌得完全密實，無形中埋下爾后掉磚的隱患，新法自新窯啟用即開始采用，完全可以避免此種隱患。

　　（2）.窯殼的保護較好，可延長使用年限

　　由于降低了窯殼燒紅變形的頻率，也就延長了窯殼的使用壽命，減少了提前更換窯殼帶來的一系列費用。

　?。?）.減少檢修配套設施及人力的費用

　　降低檢修頻率也就相應減少了投入的車輛、工具等的維護成本以及人力成本，同時降低了人員的勞動強度，對人力的有效運用發(fā)揮很大的功效。

　　九. 總結

　　水泥業(yè)雖為傳統(tǒng)產業(yè)，但隨著國內外生產設備的大型化、水泥產量的規(guī)模化，各項技術也發(fā)生日新月異的變化，競爭更是日趨激烈；如果不時刻警鐘長鳴，就可能被時代進步的浪潮淘汰。本公司長期以來一直致力于生產技術的革新、成本的降低，今后的路還很長，還需要不斷借鑒吸收國內外先進技術和經驗，才能持續(xù)向前，永保領先。