耐火預(yù)制件在新型干法水泥窯的應(yīng)用

　　1 前言

　　隨著水泥工藝技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，各水泥廠普遍采用“三高”配料，超產(chǎn)情況普遍，加上原燃料劣化等因素，使得水泥窯關(guān)鍵部位耐材的使用工況日益惡化，損毀加快。特別是篦冷機(jī)喉部、篦冷機(jī)矮墻、三次風(fēng)閘閥等部位的耐火材料，由于其特殊的工況條件，采用傳統(tǒng)的澆注料已不能滿足水泥窯高運(yùn)轉(zhuǎn)率的要求，已成為制約水泥窯運(yùn)轉(zhuǎn)率提高的瓶頸。

　　目前在水泥窯的篦冷機(jī)喉部、篦冷機(jī)矮墻、和三次風(fēng)閘閥、窯尾煙室等易損部位的耐火材料仍多采用耐火澆注料，但這些易損部位受到水泥工藝條件和窯內(nèi)的風(fēng)速，煙氣含塵量，煙氣成份、顆粒硬度、溫度波動(dòng)等諸多方面的影響，耐火材料也受到相應(yīng)的化學(xué)侵蝕，沖刷磨損、機(jī)械應(yīng)力及熱剝落等因素的影響，使用壽命較短。耐火材料過(guò)早的損壞，增加了停窯檢修的次數(shù)，降低了水泥窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，額外增加了檢修費(fèi)用，減少了熟料的產(chǎn)出，并且降低了其他部位耐材的使用壽命。在這種情況下，預(yù)制件作為一種獨(dú)特的解決方案開(kāi)始出現(xiàn)，通達(dá)公司經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，優(yōu)化設(shè)計(jì)了篦冷機(jī)喉部，三次風(fēng)管閘閥，篦冷機(jī)矮墻等部位選擇預(yù)制件的解決方案，并在水泥窯易損部位取得了令人滿意的使用效果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明,使用預(yù)制件后,延長(zhǎng)了耐火材料的使用周期，使該部位的耐材損耗降低40%以上，間接的為水泥企業(yè)縮短了至少30%以上的停窯時(shí)間,員工由于澆注料修補(bǔ)而造成的工作強(qiáng)度可減少至少30%以上；另一方面，使用壽命的延長(zhǎng)使得耐材的平均消耗成本也有不同程度的降低，由于所有預(yù)制件都是采用直接砌筑,縮短了施工時(shí)間，降低了施工成本，并且取消了部分鈀釘和硅酸鈣板,因此從綜合成本考慮,成本至少降低20%。預(yù)制件的使用提高了窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少了停窯次數(shù)，提高了孰料產(chǎn)量，大大提高了水泥廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

　　2 不定形耐火材料的定形化

　　耐火材料分為定形耐火材料和不定形耐火材料，但目前定形和不定形的界限正逐漸變得模糊，預(yù)制件介于定形和不定形之間，是將不定形耐火材料定形化，兼具定形和不定形的優(yōu)點(diǎn)，是不定形耐火材料施工和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。目前在冶金行業(yè)，已經(jīng)有越來(lái)越多的用戶選擇使用澆注料預(yù)制件，以便縮短施工，養(yǎng)護(hù)和烘烤的時(shí)間，進(jìn)而增加了設(shè)備的循環(huán)和利用率。因而近年來(lái)，預(yù)制件的品種激增，不勝枚舉，常見(jiàn)的包括高爐出鐵溝預(yù)制件，電爐頂預(yù)制件，鋼包透氣磚、座磚、沖擊板，鋼包底預(yù)制件，中間包擋渣堰、沖擊板，加熱爐用燒嘴、蓄熱體、耐磨滑塊等等。在水泥行業(yè)，預(yù)制件憑借著其具有澆注料無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)，也逐漸在水泥窯關(guān)鍵部位（如：篦冷機(jī)喉部、篦冷機(jī)矮墻、三次風(fēng)閥、窯尾煙室）上逐漸推廣開(kāi)來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的水泥廠家開(kāi)始接受并采用預(yù)制件的解決方案，并在使用中顯現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能，為水泥廠家和耐材廠家都帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　預(yù)制件是將預(yù)施工的部位提前分割成小塊，并設(shè)計(jì)出特殊的形狀，按形狀制作模具，在工廠預(yù)澆注成型、養(yǎng)護(hù)、烘烤完畢后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)吊掛拼裝。預(yù)制件的安裝改變了傳統(tǒng)澆注料的現(xiàn)場(chǎng)澆注施工的安裝方法，使施工簡(jiǎn)便易行，可以省去現(xiàn)場(chǎng)攪拌、澆注或搗打以及相應(yīng)的裝備,節(jié)約了施工時(shí)間，并且使現(xiàn)場(chǎng)施工不受施工環(huán)境和季節(jié)的影響，保證了施工質(zhì)量。

　　水泥窯關(guān)鍵部位耐火材料由于所處工況比較惡劣，因而在施工過(guò)程中需要較高的施工質(zhì)量，而在水泥窯檢修期間，一般工期較短，現(xiàn)場(chǎng)澆注施工質(zhì)量難以保證，施工質(zhì)量的好壞對(duì)耐火材料的使用壽命有很大的影響。加水量的增加會(huì)使?jié)沧⒘系臍饪茁试龃?，?qiáng)度降低，并嚴(yán)重影響澆注料的耐磨性能。澆注料施工完畢，必須有一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，養(yǎng)護(hù)完成后還必須進(jìn)行烘烤處理，否則容易爆裂。澆注料現(xiàn)場(chǎng)施工的這些缺點(diǎn)不僅影響了耐材的使用壽命，也延長(zhǎng)了檢修的時(shí)間。

　　預(yù)制件的應(yīng)用解決了澆注料現(xiàn)場(chǎng)施工的缺點(diǎn)，大大延長(zhǎng)了耐火材料的使用壽命。與澆注料相比預(yù)制件的使用具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1) 吊掛拼裝能有效的避免澆注料內(nèi)部因結(jié)構(gòu)應(yīng)力所導(dǎo)致的不規(guī)則裂紋的出現(xiàn)。

　　(2) 工廠預(yù)制具有充足的施工時(shí)間和良好的施工環(huán)境，可以不受環(huán)境或季節(jié)條件的限制，能充分保證施工質(zhì)量，大幅降低因施工不規(guī)范造成的質(zhì)量問(wèn)題，耐磨性能好。

　　(3) 工廠預(yù)制提前進(jìn)行充分的養(yǎng)護(hù)，免去現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)、烘烤時(shí)間，安裝后直接點(diǎn)火使用，縮短檢修時(shí)間。為客戶創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(4) 提前烘烤，有效的解決了澆注料在點(diǎn)火升溫過(guò)程中的爆裂問(wèn)題。

　　3 預(yù)制件在篦冷機(jī)喉部的應(yīng)用

　　篦冷機(jī)喉部澆注料所處位置的風(fēng)速較大，煙氣含塵量高，煙氣中孰料顆粒硬度大，對(duì)材料的沖刷磨損嚴(yán)重，同時(shí)煙氣成份較為復(fù)雜，材料侵蝕也較為嚴(yán)重，部分篦冷機(jī)跨度較大，易產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，引起澆注料的開(kāi)裂，熱煙氣沿裂縫進(jìn)入澆注料內(nèi)部，易掏空硅酸鈣板，造成篦冷機(jī)喉部超溫或燒穿。所以該部位耐火材料的材料選擇，施工質(zhì)量尤為關(guān)鍵。在普通的澆注料施工過(guò)程中，喉部頂部有混凝土水泥梁存在，空間狹小，施工比較困難，施工質(zhì)量很難得到保證，澆注料內(nèi)部含水量加大，在點(diǎn)火升溫過(guò)程中喉部澆注料很容易爆裂，因此篦冷機(jī)喉部澆注料在部分水泥窯上使用壽命偏低，甚至有的只有3-4個(gè)月的壽命，嚴(yán)重影響了水泥窯的正常安全運(yùn)行，這些問(wèn)題也一直困擾著部分水泥廠家。

　　針對(duì)以上問(wèn)題，通達(dá)公司對(duì)篦冷機(jī)喉部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了喉部預(yù)制件方案并在一些水泥窯上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了良好的使用效果。以國(guó)內(nèi)某廠家的5000T/D生產(chǎn)線為例，原篦冷機(jī)喉部采用剛玉莫來(lái)石澆注料，使用效果較差，壽命在3～4個(gè)月，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。采用喉部預(yù)制件方案后，將易損部位殼體的鋼板切割去除，在兩側(cè)焊好支架，按設(shè)計(jì)距離焊接工字鋼承重梁，將預(yù)制件拼接吊掛在工字梁上，然后在頂部鋪設(shè)隔熱保溫材料。施工完畢后直接升溫點(diǎn)火。安全運(yùn)轉(zhuǎn)10個(gè)月后停窯檢修，篦冷機(jī)喉部預(yù)制件仍基本完好。篦冷機(jī)喉部預(yù)制件安裝示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 篦冷機(jī)喉部預(yù)制件示意圖

　　耐火預(yù)制件按照?qǐng)D1的方案制做，并于2010年1月在該水泥廠5000t/d水泥窯篦冷機(jī)喉部應(yīng)用，安裝過(guò)程如圖2所示：

圖2 某水泥廠篦冷機(jī)喉部耐火預(yù)制件現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

　　2010年11月停窯檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)制件幾乎完好無(wú)損，使用效果非常好，保守估計(jì)使用2年沒(méi)有問(wèn)題，得到了用戶的好評(píng)。

　　預(yù)制件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，緩解了喉部澆注料產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。預(yù)制件的工廠預(yù)制大大提高了耐火材料的強(qiáng)度和耐磨性能，降低了材料的氣孔率，提高了抗侵蝕性能。通過(guò)在水泥窯上的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，篦冷機(jī)喉部預(yù)制件體現(xiàn)出了比澆注料更加優(yōu)異的使用性能。

　　4 預(yù)制件在篦冷機(jī)矮墻的應(yīng)用

　　篦冷機(jī)矮墻是水泥窯經(jīng)常損壞的部位，更換頻率較快。該部位耐火材料需要長(zhǎng)期承受高硬度水泥熟料的磨蝕，特別是細(xì)料分布不勻的篦冷機(jī)，磨損相當(dāng)嚴(yán)重。因此該部位的耐火材料需要具有很高的耐磨性能。眾所周知，耐火材料的耐磨性能除了與澆注料自身的性能有關(guān)外，更多的是與其施工質(zhì)量相關(guān)，加水量較大，施工質(zhì)量不佳，耐磨性能顯著降低。所以矮墻澆注料需要有較高的施工質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)施工一般很難保證。其次是篦冷機(jī)矮墻澆注料拆除難度大，更換面積大、頻率高，拆除后需重新焊接鈀釘，然后澆注、養(yǎng)護(hù)、烘烤，費(fèi)時(shí)耗力。采用篦冷機(jī)矮墻預(yù)制件，安裝便捷，不用重新焊接鈀釘，直接砌筑，縮短了工期。工廠預(yù)制保證了澆注料的施工質(zhì)量，能充分發(fā)揮澆注料自身的性能，同時(shí)可以避免現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)的施工質(zhì)量的波動(dòng)，確保整個(gè)矮墻耐火材料質(zhì)量的均一穩(wěn)定。篦冷機(jī)矮墻磨損后，若采用傳統(tǒng)澆注料，則需要進(jìn)行拆除重新澆注，而矮墻預(yù)制件在一側(cè)磨損后，更換方向，另一側(cè)可繼續(xù)使用，這種重復(fù)使用既節(jié)約了耐火材料，又提高了水泥廠家的經(jīng)濟(jì)效益。矮墻預(yù)制件免養(yǎng)護(hù)，不用烘烤，可以為水泥廠家節(jié)省時(shí)間，且具有更長(zhǎng)的使用壽命。篦冷機(jī)矮墻預(yù)制件安裝示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 篦冷機(jī)矮墻安裝示意圖

　　篦冷機(jī)矮墻預(yù)制件在眾多水泥廠家使用后，均體現(xiàn)出了令人滿意的使用效果，使矮墻原來(lái)的使用壽命從1年提升到了2～3年，為水泥廠家?guī)?lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。[Page]

　　5 預(yù)制件在三次風(fēng)閘閥的應(yīng)用

　　三次風(fēng)閥在新型干法水泥窯中主要是通過(guò)調(diào)節(jié)三次風(fēng)閥的開(kāi)度，來(lái)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的一次風(fēng)量并確保分解爐內(nèi)的煤粉能充分燃燒，風(fēng)閥的調(diào)節(jié)對(duì)回轉(zhuǎn)窯燒成工藝的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。三次風(fēng)閥在使用中始終受到高速氣流的正面沖擊，煙氣流速高(高達(dá)30m/s),煙氣中飛砂濃度大，顆粒硬度高，所以該部位磨損相當(dāng)嚴(yán)重。傳統(tǒng)的三次風(fēng)閥采用澆注料施工，無(wú)法保證材料的耐磨性能，損壞較快，平均使用壽命只能用6個(gè)月左右，嚴(yán)重影響了水泥窯燒成工藝的調(diào)節(jié)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)三次風(fēng)閥損害的具體形式主要有：風(fēng)閥下部澆注料磨損；風(fēng)閥骨架變形卡死；澆注料大塊剝落；外部材質(zhì)爆裂等。針對(duì)這些情況，通達(dá)公司提出了三次風(fēng)閥預(yù)制件的解決方案。三次風(fēng)閥預(yù)制件采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，緩解了整塊鋼板膨脹對(duì)澆注料產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，對(duì)預(yù)制件內(nèi)部的耐熱金屬件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了其高溫下變形卡死的問(wèn)題。針對(duì)風(fēng)閥的工況，開(kāi)發(fā)了高耐磨澆注料G-17M，通過(guò)添加超微粉強(qiáng)化基質(zhì)，合理調(diào)配原料的顆粒級(jí)配，使其達(dá)到最緊密堆積，并添加特殊的添加劑，使其在中溫和高溫下均具有很高的強(qiáng)度和耐磨性能。預(yù)制件在工廠預(yù)制期間可以嚴(yán)格的控制施工質(zhì)量，并通過(guò)專門(mén)的烘烤設(shè)備嚴(yán)格按照烘烤曲線進(jìn)行預(yù)先烘烤，充分發(fā)揮澆注料的強(qiáng)度，提高材料的耐磨性能。閘閥兩側(cè)設(shè)計(jì)了卡槽磚，減少閘閥側(cè)面的通風(fēng)量，減少磨損，延長(zhǎng)壽命。三次風(fēng)閥預(yù)制件安裝示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 三次風(fēng)閥安裝示意圖

　　通過(guò)一些水泥廠家現(xiàn)場(chǎng)使用結(jié)果表明，采用三次風(fēng)閥預(yù)制件來(lái)替代傳統(tǒng)的耐磨澆注料，效果顯著，使三次風(fēng)閥的使用壽命從以前的不到1年提高到18~24個(gè)月，滿足了正常的檢修周期要求。

　　6 預(yù)制件在窯尾煙室的應(yīng)用

　　窯尾煙室結(jié)皮的現(xiàn)象在新型干法水泥窯上已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮,主要是由于煙室溫度過(guò)高、生料成份變化大, 煤質(zhì)差、灰分熔點(diǎn)低、硫含量高、煤粉燃燒不完全等原因所造成。煙室結(jié)皮需要用空氣炮或高壓水槍來(lái)頻繁清理，不僅增加了職工的工作強(qiáng)度，也會(huì)造成澆注料的開(kāi)裂和脫落。針對(duì)這種情況，通達(dá)公司設(shè)計(jì)推出了窯尾煙室預(yù)制件，優(yōu)化設(shè)計(jì)了預(yù)制件的結(jié)構(gòu)，特殊的結(jié)構(gòu)有效的防止了澆注料上的積料，獨(dú)特的抗結(jié)皮澆注料配方能顯著降低窯尾煙室的結(jié)皮，預(yù)制件具有很高的高溫強(qiáng)度，能有效避免澆注料在使用過(guò)程中的開(kāi)裂和脫落。窯尾煙室抗結(jié)皮預(yù)制件相對(duì)于傳統(tǒng)抗結(jié)皮澆注料具有更長(zhǎng)的使用壽命，能顯著降低煙室結(jié)皮的機(jī)率，預(yù)計(jì)平均壽命在3年以上。

　　7 耐火預(yù)制件制作

　　7.1模具的制作

　　根據(jù)預(yù)制件的尺寸要求，在要求誤差范圍內(nèi)嚴(yán)格按照尺寸制模。在制作模具方面有幾點(diǎn)值得注意的問(wèn)題：

　　(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的要求，能做成負(fù)公差的盡量做成負(fù)公差，以便于施工安裝；

　　(2)根據(jù)預(yù)制件大小確定模具四周是否加固，以防大體積預(yù)制件在制作過(guò)程中因澆注料的振動(dòng)而撐裂模具；

　　(3)模具表面使用三聚氫胺板，內(nèi)部各面或是異型拐角都是預(yù)制件的成型面，要保證其平整、光滑，使得預(yù)制件外觀美觀；

　　7.2預(yù)制件的澆注成型

　　在預(yù)制件的澆注成型過(guò)程中，須注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)在保證澆注料流動(dòng)性好的前提下盡量少加水，尤其是工期緊且是冬季施工時(shí)；

　　(2)一定要保證在預(yù)計(jì)時(shí)間內(nèi)硬化，必要時(shí)可加入適量的固化劑；

　　(3)預(yù)制件的養(yǎng)護(hù)，尤其是在冬季要保證養(yǎng)護(hù)溫度，一般澆注料的養(yǎng)護(hù)溫度都是室溫，若是溫度過(guò)低，就必須采用保溫措施。

　　(4)一定要在預(yù)制件有足夠的強(qiáng)度后方可脫模，避免變形或撞裂。

　　7.3耐火預(yù)制件的烘烤

　　一般的預(yù)制件在400℃以下烘烤不存在問(wèn)題，但要在600℃左右烘烤，而且時(shí)間緊迫時(shí)，就必須采取措施：

　　(1)要根據(jù)澆注料材質(zhì)、環(huán)境溫度、預(yù)制件中配筋的部位和數(shù)量以及工期要求的時(shí)間等多方面考慮，嚴(yán)格設(shè)計(jì)烘爐曲線；

　　(2)在澆注料中加入適當(dāng)?shù)姆辣瑒?，因?yàn)闈沧⒊尚偷念A(yù)制件在500℃烘烤是比較危險(xiǎn)的，在200～350℃要有足夠的保溫時(shí)間。

　　7.4耐火預(yù)制件的運(yùn)輸

　　耐火預(yù)制件的運(yùn)輸除了防雨、防震外，未經(jīng)烘烤的還要注意防凍。

　　8 結(jié)語(yǔ)

　　8.1耐火預(yù)制件安裝簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短，無(wú)需烘烤可直接投入使用，節(jié)約了大量的維修時(shí)間，有效避免了耐火澆注料的烘烤爆裂問(wèn)題。

　　8.2耐火預(yù)制件提高了水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率，在水泥窯的關(guān)鍵部位取代傳統(tǒng)澆注料方面已經(jīng)取得了良好的使用效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益?？蔀槲覈?guó)水泥窯的節(jié)能減排、提質(zhì)增效做出貢獻(xiàn)。

　　8.3隨著水泥廠家對(duì)預(yù)制件認(rèn)識(shí)的逐漸深入，預(yù)制件必會(huì)作為一種獨(dú)特的解決方案得而到廣泛的推廣和應(yīng)用。