生產(chǎn)操作對(duì)窯內(nèi)耐火材料的影響

  伴隨著新型干法生產(chǎn)線數(shù)量的增多及近年來(lái)水泥工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，耐火材料成為水泥工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中（熟料煅燒）必不可少的大宗消耗材料之一，其直接費(fèi)用約占熟料生產(chǎn)成本的1%～2%，其間接影響也很大。因此，水泥生產(chǎn)企業(yè)人員要更多地了解耐火材料的基本知識(shí)，特別是中控操作人員更要認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料的影響，以便更好地使用耐火材料，同時(shí)也可以避免因操作不當(dāng)而造成耐火材料不必要的損失。下面就生產(chǎn)操作對(duì)窯內(nèi)耐火材料（這里主要指耐火磚）的影響種類和窯內(nèi)各區(qū)域耐火材料的主要損傷情況，以及窯內(nèi)耐火材料的使用做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，供大家參考。

  1 損傷的種類

  生產(chǎn)操作對(duì)窯內(nèi)耐火材料的影響大致可以分為以下四種，但實(shí)際的影響往往是由幾種原因同時(shí)存在而造成的。

  1.1 剝落

  （1）熱剝落：點(diǎn)火初期剝落或結(jié)皮的附著脫落等急劇的熱變化會(huì)帶來(lái)磚的內(nèi)部熱應(yīng)力，由此而產(chǎn)生的龜裂現(xiàn)象稱為熱剝落。

  （2）機(jī)械剝落：由于大窯的影響、接縫鐵板的熔化或磚的荷重等機(jī)械性應(yīng)力而產(chǎn)生的龜裂現(xiàn)象稱為機(jī)械剝落。

  （3）構(gòu)造剝落：由于水泥原料的液相成分、堿性成分或硫磺成分等外來(lái)成分的侵入而形成變質(zhì)層，因?yàn)樗谂蛎浀任锢硇再|(zhì)上的不同而產(chǎn)生的龜裂現(xiàn)象稱為構(gòu)造剝落。

  1.2 熔化損傷

  點(diǎn)火初期或結(jié)皮的附著脫落時(shí)受到的高熱負(fù)荷以及水泥原料液相成分都會(huì)形成低熔點(diǎn)物質(zhì)，從而使耐火材料產(chǎn)生熔化損傷。通常在燒成區(qū)域的鎂鉻磚或無(wú)鉻磚多易受到熔化損傷，但生產(chǎn)操作不當(dāng)也會(huì)造成冷卻區(qū)域或結(jié)皮的附著脫落區(qū)域尖晶石磚乃至煅燒區(qū)域的粘土磚的熔化損傷。

  1.3 磨損

  指水泥原料給磚的表層造成的損耗。分為在煅燒區(qū)域和結(jié)皮附著脫落區(qū)域產(chǎn)生的機(jī)械性磨損以及在燒成區(qū)域或冷卻區(qū)域產(chǎn)生的包括水泥液相成分帶來(lái)的熔化損傷的高溫磨損。煅燒區(qū)域使用高鋁粘土磚時(shí)，由于它在比堿性磚還要低的溫度下就會(huì)與水泥原料發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)生成物，所以有時(shí)也會(huì)在靠近熱負(fù)荷較高的結(jié)皮附著脫落區(qū)一側(cè)造成磨損。

  1.4 組織脆化

  指由熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及外來(lái)成份的侵蝕而引起的磚的組織破壞帶來(lái)的脆化現(xiàn)象。熱應(yīng)力多產(chǎn)生于結(jié)皮附著脫落區(qū)域和燒成區(qū)域，是由結(jié)皮的附著脫落所引起頻繁溫度變化帶來(lái)的；機(jī)械應(yīng)力起因于大窯或結(jié)皮的附著脫落乃至磚的荷重。

  從材質(zhì)上看，熱膨脹率較高的堿性磚中數(shù)鎂鉻磚，雜質(zhì)特別多、反復(fù)加熱帶來(lái)的線變化率也較高，所以脆化現(xiàn)象尤為明顯。尖晶石磚的純度高、反復(fù)加熱帶來(lái)的線變化率較低、耐脆化性很好，所以多適用于結(jié)皮附著脫落區(qū)域。高鋁粘土磚與堿性磚相比，熱膨脹率低而且結(jié)合強(qiáng)度高，所以不易產(chǎn)生組織脆化。

  2 窯內(nèi)各區(qū)域耐火材料的主要損傷情況

  2.1 冷卻區(qū)域

  2.1.1 高溫磨損

  生產(chǎn)操作對(duì)冷卻區(qū)域耐火材料造成的影響有水泥熟料帶來(lái)的高溫磨損。在冷卻區(qū)域中，由于結(jié)皮的附著不穩(wěn)定，容易被燒結(jié)后的水泥熟料磨損，所以一般使用1200℃左右的高溫強(qiáng)度較高的尖晶石磚。熟料的溫度是1400℃左右，通常不會(huì)產(chǎn)生熔化損傷，但操作不當(dāng)會(huì)造成熱負(fù)荷變大，助長(zhǎng)高溫磨損的形成。

  2.1.2 機(jī)械損傷

  生產(chǎn)操作對(duì)冷卻區(qū)域耐火材料造成的影響有：大窯帶來(lái)的機(jī)械應(yīng)力（大窯定芯、大窯力矩、筒體變形等造成的機(jī)械應(yīng)力）、落料口部位磚的固定金屬件變形、磚與筒體間的摩擦、磚的荷重所帶來(lái)的損傷。由于落料口部位的筒體硬性較差，加上筒體容易發(fā)生變形和扭曲，所以與磚的固定金屬件相鄰的磚特別容易受到金屬件與筒體之間的摩擦、筒體變形以及金屬件變形（咬入）的影響。

  2.2 燒成區(qū)域

  2.2.1 熔化損傷

  生產(chǎn)操作對(duì)燒成區(qū)域耐火材料造成的影響有：點(diǎn)火時(shí)或結(jié)皮附著脫落時(shí)產(chǎn)生的高熱負(fù)荷以及水泥原料的液相成分造成的熔化損傷。熔化損傷的形態(tài)又分為：①結(jié)皮的部分附著脫落以積水狀熔化損傷；②結(jié)皮呈環(huán)狀熔化時(shí)產(chǎn)生的高溫磨損造成的滑落狀熔化損傷。

  2.2.2 硫腐蝕+剝落

  生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料造成的影響有原、燃料中的硫磺對(duì)磚造成的硫腐蝕。在燒成區(qū)域深處結(jié)皮較穩(wěn)定的區(qū)域，還原環(huán)境下的硫腐蝕會(huì)造成接縫鐵板遭到損傷和致密化，而它與結(jié)皮膨脹率的不同以及大窯的應(yīng)力，都會(huì)造成機(jī)械性剝落。

  2.3 結(jié)皮附著脫落區(qū)域

  2.3.1 接縫鐵板

  生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料造成的影響中除了有原、燃料中的硫磺對(duì)磚造成的硫腐蝕之外，還有接縫鐵板的腐蝕帶來(lái)的機(jī)械剝離問(wèn)題。同樣的現(xiàn)象盡管也會(huì)在前文中說(shuō)明過(guò)的硫腐蝕帶來(lái)的接縫鐵板腐蝕的情況下出現(xiàn)，但與結(jié)皮比較穩(wěn)定的燒成區(qū)域深處相比，由于結(jié)皮附著脫落區(qū)域的結(jié)皮附著脫落頻繁，磚本身的熱負(fù)荷就比較高，因此更容易受到還原環(huán)境下的硫腐蝕影響。

  為減少接縫鐵板的損傷，可以將鐵板厚度設(shè)為0.2mm以將其影響減少到最小。通過(guò)采取這個(gè)措施，可以將由鐵板熔化損傷帶來(lái)的機(jī)械損傷大大減少。另外，這樣還可以減少鐵板厚度和結(jié)合材料厚度，使施工可以像無(wú)灰漿砌磚一樣進(jìn)行，形成一個(gè)緊湊的施工整體，這時(shí)的膨脹預(yù)留量可以減少到每8塊磚留一塊。

  2.3.2 脆化剝離

  在結(jié)皮附著脫落比較頻繁的這個(gè)區(qū)域，除了熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力帶來(lái)的組織脆化外，還有硫腐蝕帶來(lái)的組織脆化，它加重了尖晶石磚的組織脆化帶來(lái)的損傷。

  尖晶石磚基本上是鎂成分的結(jié)合，在這個(gè)結(jié)合中磚中的微量成分里Ca成分對(duì)此產(chǎn)生了作用。硫腐蝕使得結(jié)合組織中的Ca成分有選擇地發(fā)生反應(yīng)，生成了堿性硫酸鹽和CaSO4的復(fù)鹽或CaSO4；另外，由于生成物質(zhì)在磚內(nèi)的移動(dòng)，使得磚的結(jié)合組織遭到破壞，加重了組織脆化。

  另外，在硫腐蝕給磚帶來(lái)組織破壞的同時(shí)，堿性硫酸鹽和CaSO4， MgSO4的復(fù)鹽以及KCl的沉積會(huì)形成一個(gè)致密化層，當(dāng)它的界限部位產(chǎn)生龜裂后，由此而來(lái)的剝離損傷或結(jié)皮附著脫落等就會(huì)帶來(lái)磚的脫落。

  2.4 煅燒區(qū)域

  煅燒區(qū)域使用的是高鋁質(zhì)磚、粘土磚，會(huì)造成致密化以及膨脹率的不同，由此而引起的構(gòu)造剝離就是剝離損傷的主要表現(xiàn)。

  3 窯內(nèi)耐火材料的使用

  耐火材料和水泥工藝是密不可分的整體，耐火材料的運(yùn)轉(zhuǎn)周期決定窯工藝系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)的完成率，而窯系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是保障耐火材料壽命的基礎(chǔ)，兩者相輔相成。因此要保障回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)行，在耐火材料的使用過(guò)程中應(yīng)把握好以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

  3.1 開(kāi)、停窯時(shí)要注意的問(wèn)題

  窯筒體受熱膨脹可部分補(bǔ)償窯磚的膨脹率，但這是在熱平衡條件下發(fā)生的作用。所以在點(diǎn)火烘窯時(shí)，窯運(yùn)轉(zhuǎn)速度要慢，使窯筒體溫度緩慢上升，這樣才能發(fā)揮窯筒體的補(bǔ)償作用。每個(gè)工廠都可以根據(jù)自己的窯型、耐火材料的種類定制合適的升溫曲線，以保證耐火材料長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。在不準(zhǔn)備換磚時(shí)的停窯保溫問(wèn)題方面，尤其是在事故狀態(tài)下，都想盡快冷卻（包括冷卻機(jī)，預(yù)熱器系統(tǒng)事故）進(jìn)去檢修，但由于急冷而使耐火磚受到損傷。這樣反而得不償失，對(duì)此要充分考慮和注意，所以要認(rèn)真地執(zhí)行點(diǎn)火升溫和冷窯制度。

  3.2 保持設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

  設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)是嚴(yán)格執(zhí)行點(diǎn)火升溫制度和停窯冷卻制度的基礎(chǔ)，如果每次點(diǎn)火升溫后都能正常運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，那么點(diǎn)火升溫花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用就會(huì)變得無(wú)足輕重。但如果設(shè)備狀況不好，每月都要有幾次的停窯，就不可能嚴(yán)格地執(zhí)行點(diǎn)火升溫和冷窯制度。因?yàn)轭l繁的停窯，必然導(dǎo)致磚的損傷破壞，由此可見(jiàn)在耐火磚的使用問(wèn)題上，設(shè)備也處于基礎(chǔ)地位。

  3.3 充分發(fā)揮窯皮的作用

  窯皮對(duì)耐火磚的保護(hù)作用是非常明顯的。首先它可以減少耐火磚內(nèi)因溫差造成的內(nèi)應(yīng)力，如無(wú)窯皮保護(hù)，耐火磚極易因磚內(nèi)溫差應(yīng)力太大而炸裂剝落；其次它可以減少耐火磚受化學(xué)侵蝕的幾率，如果沒(méi)有窯皮保護(hù)，熟料中的液相、熔融鹽、燃?xì)庵械膲A、氯、硫等物質(zhì)和一氧化碳都會(huì)對(duì)磚進(jìn)行侵蝕，使磚面結(jié)構(gòu)發(fā)生惡化而易遭到損壞；再次它可以減緩熱震的幅度，窯皮既然是屏障，自然也是窯內(nèi)溫度波動(dòng)的緩沖層，窯溫在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，通過(guò)窯皮傳到磚面時(shí)已影響甚微，即使是停車?yán)涓G和點(diǎn)火升溫期間，由于窯皮的存在，減緩了磚熱面的升溫速度，降低了膨脹率，因此，窯皮較完好時(shí)點(diǎn)火升溫可適當(dāng)加快速度，同時(shí)由于窯皮的保護(hù)，磚面的熱疲勞程度也會(huì)明顯減輕。

  由此可見(jiàn)，掛好和保持好窯皮對(duì)延長(zhǎng)耐火磚的使用壽命至關(guān)重要。

  4 結(jié)束語(yǔ)

  在充分了解耐火材料的各種性能后，不斷地改進(jìn)使用方法，努力使生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料的影響變得最小，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命，這樣才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。