水泥窯用耐火材料的長效環(huán)保技術措施

水泥窯用耐火材料的長效環(huán)保技術措施
水泥窯用耐火材料的長效環(huán)保有關窯襯的主要損壞機理一般將預分解窯窯內分為4個帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶。四帶中，燒成帶窯襯為關鍵，目前外在預分解窯燒成帶主要采用堿性耐火磚。

水泥窯用耐火材料的長效環(huán)保技術措施

熱、機械和化學3種因素構成了窯襯內的應力并導致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應力。

對堿性耐火磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原－氧化反應、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對窯內不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現就這8種因素損壞堿性耐火磚的機理分別作一簡述。

1.熟料熔體滲入

熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質層中的C2S和會強烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石等硅酸鹽礦物，有時甚至還會析出鉀霞石；而熔體則會充填磚襯內氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應力和機械應力雙重作用，導致磚易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預分解窯入窯物料溫度已達800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個預分解窯內，即熟料熔體對預分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

2.揮發(fā)性組分的凝聚

解窯內，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復循環(huán)，導致生料中這些組分的富集。由生產實踐，窯尾熱級預熱器中生料的R2O、SO3含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍。當熱物料進入窯筒體后部1/3部位，物料中的揮發(fā)性組分將會在所有磚面及磚層內凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機械應力綜合作用下開裂剝落。因預分解窯從窯尾至燒成帶開始整個無窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。

3.還原或還原－氧化反應

當窯內熱工制度不穩(wěn)時，易產生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴散能力比Fe3+強得多，這又進一步加劇了體積收縮效應，從而使磚內產生孔洞、結構弱化、強度下降。同時，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應反復發(fā)生，磚便產生化學疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護的鎂鉻磚帶。

4.過熱

當窯熱負荷過高，使磚面長時間失去窯皮的保護時，熱面層基質在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生于燒成帶的正火點區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞，易于損壞。近年來，在冷卻帶和過渡帶，有不少企業(yè)使用了硅莫磚，大部分硅莫磚的事故是由于過燒造成的，很少是其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來石構成，而且碳化硅起著非常重要的作用，理論上當溫度上升到2500℃左右，碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨，實際上在窯內還原氣氛條件下，碳化硅在1700℃左右已開始分解，對硅莫磚構成致命的破壞。

5.熱震

當窯運轉不正?；蚋G皮不穩(wěn)定時，堿性耐火磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達上千度)，而使磚內產生很大的熱應力。此外，窯的頻繁開停使磚內頻繁產生交變熱應力。當熱應力一旦超出磚襯的結構強度時，磚就突然開裂，并沿其結構弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現象易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。

6.熱疲勞

窯運轉中，當磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉一周，磚襯表面溫度升降幅度可達150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預分解窯轉速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達130000次之多。這種溫度升降多次重復導致堿性耐火磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7.擠壓

回轉窯運轉時，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機械應力的綜合作用。其中，窯的轉動、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動力學負荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學負荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運動，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會使磚襯承受各種機械應力作用。當所有這些應力之和超過了磚的結構強度時，磚就開裂損壞。該現象發(fā)生于預分解窯整個窯襯內。

對于緊靠擋磚圈的磚，大部分損壞是由于擠壓力造成的。國外某公司專做窯口磚，其使用壽命可以保證3年以上，我們把它與其他磚作了檢測對比，發(fā)現其差別主要在高溫抗折強度上，而耐火磚的標準根本就沒有把高溫抗折強度列進去，這一點應該引起耐火磚生產廠家的重視。

5.磨損

解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護時，熟料和大塊窯皮又較硬，會對該部位的磚襯，產生較嚴重的沖擊和磨蝕損壞。

實際上，不要以為窯口沒有窯皮是正常的，在有條件的情況下，保持冷卻帶有一定的窯皮，不但能有效保護窯口磚，而且對拓寬窯的操作彈性，穩(wěn)定產質量都是有好處的。

降低窯襯消耗的基本措施

1.注重襯料的選型和合理匹配

新型干法窯特別是大型預分解窯，使用了熱回收效率在60%以上的冷卻機以及燃燒充分且一次風比例較少的多通道噴煤嘴(火力集中，靈活可調)；且窯頭和窯罩又加強了密閉和隔熱，因此，出窯熟料溫度可高達1400℃,入窯二次風溫可高達1200℃，從而造成系統內過渡帶、燒成帶、冷卻帶及窯門罩、冷卻機高溫區(qū)以及燃燒器外側等部位的工作溫度遠高于傳統窯。因此：燒成帶正火點可使用直接結合鎂鉻磚、特種鎂磚、鎂鐵尖晶石磚或白云石磚；正火點前后兩側,視設備、操作和原燃料情況，可采用與正火點相同的磚或普通鎂鉻磚。近開發(fā)的可掛窯皮的硅莫磚也正在向燒成帶的末端發(fā)展；過渡帶則主要使用鎂鋁尖晶石磚、鎂鐵尖晶石磚、富鉻鎂磚或含鋯增韌白云石磚。近年開發(fā)的鋁質磚——硅莫磚、特別是增加了紅柱石的硅莫紅磚，熱震穩(wěn)定性有了很大提高，在過渡帶取得了很好的效果，而且不掛窯皮的品種可有效防止后結圈；窯卸料口內襯是大型窯窯襯中薄弱環(huán)節(jié)之一，新窯或規(guī)則的窯上可用碳化硅磚、硅莫磚、硅莫紅磚、尖晶石磚或直接結合鎂鉻磚。對窯口溫度較低的窯，可使用熱震穩(wěn)定性良的高鋁磚或磷酸鹽結合高鋁磚；若窯口變形時則可用剛玉質或鋼纖維增強剛玉質澆注料或低水泥型高鋁質澆注料。

2.把好進貨質量關和窯襯施工質量關

（1）耐火材料的重要性不言而喻，性價效益比差別很大，寧肯多花點錢也一定要買好產品，少停幾次窯就什么錢都有了。好的產品首先要選好供貨廠，看一個耐火材料生產廠家怎么樣，主要應關注能生產質產品的三個條件：是否有高純度、高品位的原料；是否具有高壓力的成型裝備；是否具備高溫度的煅燒條件。

（2）要嚴格遵守“水泥回轉窯用耐火材料使用規(guī)程”中的相關要求，選購耐火材料時，應要求供貨商提供產品質量擔保書，并應取樣送有關權威監(jiān)測部門復檢；嚴格進廠驗貨，以杜絕假冒偽劣產品進廠。對查出的不合格品嚴禁入庫，磚庫內不得有任何不合格磚；

（3）由于磚對窯的生產影響很大，各廠的使用條件不盡相同，對磚的要求也不會一樣，所以一般不要輕易的更換供貨商。如果須更換，對新開發(fā)的供貨商，批磚好試用，而且量不要太大，以免給雙方造成大的損失。對試用磚，好不設預付款，達到試用期后一次付清，寧肯磚價高一些。

（4）對施工質量亦要進行嚴格的監(jiān)督，以確保窯襯的耐火性、密封性、隔熱性、整體性、耐久性。重點應對耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術問題嚴格把關。首先，更換窯襯前要編制施工方案，按砌筑要求在窯內劃出縱向和橫向控制線；其次，每天召開有關負責人協調會，及時解決施工中出現的問題；第三是實行項目負責制，設立專人跟班監(jiān)督；后，要求砌筑選用耐火磚不得缺角少棱。

（5）把好出庫關，這是大多數廠容易忽略的問題。耐火材料對保存和搬運有嚴格的要求，各廠的儲運條件又參差不齊，在砌筑前須進行嚴格的再檢驗，嚴防破損、掉角、裂紋、受潮的磚入窯。對查出的不合格磚，要當場銷毀，更不得回庫存放，以免再次混入窯內。

兩者界定的一般原則為：掉磚處周圍的厚度不低于新磚的60%，且掉磚周圍磚的實際使用時間不長、未受過惡劣條件的折騰、結構未發(fā)生裂縫和排列錯亂現象，這時可采用挖補的方法，否則就需要進行整段更換。

正確的判斷，不僅可以降低窯襯消耗，縮短停窯時間，而且可提高窯的運轉率。需要強調的是，換轉就像切除癌瘤一樣，寧肯過之不可不及，不要舍不得，以防反復停窯挖補。

堅持合理的烘窯升溫制度窯襯砌筑好后還須妥善烘烤，烘烤時升溫不能過快，以免產生過大的熱應力而導致磚襯開裂、剝落。

由于耐火磚的品種較多，根據實踐及文獻介紹，使用Ｂ型磚時，因磚數量較多，對磚襯膨脹的補償量較大，按0.5℃/min～1℃/min區(qū)段內的升溫制度烘烤時，磚襯內壓應力總是低于磚的強度，非常。因此，預分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。

有些廠家更換窯襯后急于投料生產，常采用6～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏要的措施來保護窯體和窯襯的，導致窯體及窯襯不要的損壞。尤其直接結合鎂鉻磚對6～8ｈ的快速烘窯不適應，應注意。

窯襯烘烤須連續(xù)進行，直至完成，且要做到“慢升溫，不回頭”。為此烘烤前須對系統設備聯動試車，還要確保供電。此外，停窯時窯襯的冷卻制度亦對未更換磚的使用壽命有很大影響，因此停窯不換磚時須慢冷以保窯襯。對于大型預分解窯，在停窯時可用輔助傳動進行慢轉窯，扣風，并在24ｈ后方可打開窯門進行快速冷卻。

值得注意的是，有些新建的水泥廠，由于各種原因在窯砌完磚后遲遲不具備點火投料條件，特別對濕砌的磚、對雨季砌的磚，對燒成帶的堿性耐火磚是非常不利的，好安排一次針對窯內堿性耐火磚的烘干，一般將窯尾溫度控制在150~200℃烘24h即可，以避免堿性耐火磚的受潮。

如果窯內濕汽較大，烘窯時一定要注意定期轉窯，以免水汽在窯筒體內壁凝結，沿筒體內壁下流對下部的磚造成浸蝕。這在一些廠時有發(fā)生，磚的表現為蝕溝現象，即某一角度范圍的磚表現出明顯的損失加重。

窯皮的粘掛及保護燒成帶及其兩側過渡帶磚襯上窯皮的穩(wěn)定與否，是影響耐火磚襯使用壽命的決定性條件。

新磚砌好，按正常升溫制度達投料溫度后，即可進行投料。層窯皮的形成就是從物料進入燒成帶及前后過渡帶時開始，須嚴格控制熟料結粒細小均齊，配料合理；耐火磚熱面層中應形成少量熔體（俗稱：出汗），使熟料與磚面牢固地粘結。粘結后，磚襯表面層溫度降低，熔體量減少，粘度增大，粘結層與磚襯面間粘結力就越大；而熟料繼續(xù)粘到新粘結的熟料上，使窯皮不斷加厚，直至窯皮過厚時，窯皮表面溫度過高而造成該處熟料中熔體含量過多且粘度小，熟料不能再相互粘結為止。

層窯皮粘掛的質量劣對延長窯襯壽命有重要的作用。

窯皮實質上就是窯料的流量和成分。窯正常運行時，入窯燃料的質和量及其燃燒性狀，以及耐火磚在高溫下的性態(tài)等是不斷變化的。因此為了掛好窯皮且保護好窯皮，須采取相應的保護措施：

（1）砌完磚須進行窯內清理；投料后應嚴格保證系統溫度及燒成帶溫度，使批窯料和該處耐火磚同時處于良好的掛窯皮狀態(tài)。掛窯皮時喂料量按正常量的60~80%投料；

（2）由于掛好層窯皮是非常重要的，確切的說，掛好窯皮比掛高質量的窯皮更重要，尤其重要的是在初始投料后不得跑黃料。

掛窯皮期間按正常的配料方案比較好，不用專門配制生料。有些公司為了掛高質量的窯皮，專門配制高KH的窯皮料，實際上對一條新投產的窯來講，由于各種不確定因素很多，很難保證窯況達到佳狀態(tài)，高KH容易跑黃料，即使隨后掛上了窯皮，也會有很多空洞窯皮，好心會做成壞事；

（3）開窯前要嚴格檢查燃燒控制系統、噴嘴結構和位置及火焰形狀，并使之保持正常。預分解窯掛窯皮時間一般有就夠了。

減少停窯次數，提高預分解窯的運轉率

所謂：“機怕開，電怕停，耐火磚怕開開停停”。

由于頻繁的非計劃開停窯，往往是緊急止料停窯，會造成襯磚熱面迅速冷卻，收縮過快，磚內產生嚴重的破壞應力，應力隨多次停窯頻繁作用于磚內，導致其過早開裂損壞；再次開窯時，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯磚位扭曲，降低窯襯使用壽命。那么，如何減少開停窯次數呢？

垃圾處理及代用燃料對水泥窯耐火材料的影響水泥窯用于處理垃圾，在配料合適的情況下，主要是有害成分的帶入，這不但對燒成工藝和熟料質量形成有害影響，對耐火材料也會加重剝蝕，這一點要引起足夠的重視。

水泥窯采用或部分采用代用燃料，同樣存在上述危害，同時還影響到火焰的強度、力度和形狀，進而影響到窯內各帶的分布、影響到熟料質量、影響到耐火材料的使用。根據歐洲一些廠家的使用經驗，需要注意以下幾點變化，這些變化都對耐火材料構成了傷害：

（1）帶入的SO4-離子、CI-離子、R2O等有害成分的提高，即影響熟料強度，又會加重窯尾系統的結皮堵塞和窯內的結圈現象；

（2）有害成分的提高會增大液相量、降低液相粘度，造成窯皮的不穩(wěn)定，窯皮的反復掛掉導致磚的頻繁熱震，加劇了有害成分對磚的滲透、被滲透部分的強度下降，終剝落掉。對原料中MgO含量高的廠家影響更大；

（3）代用燃料的燃盡時間一般較長，不充分的燃燒會增加CO，加重結皮、結圈、結蛋和黃心料的產生。燃盡時間長導致火焰長、燒成帶變長。通常燒成帶長度是窯徑的8倍左右，替代燃料可能使燒成帶加長到窯徑的9~10倍；

（4）替代燃料也遵循磨得越細燃盡時間越短、著火點越低的規(guī)律。德國某廠的經驗，當揮發(fā)份在30%左右時，90μ m篩余需控制到20%左右；

（5）不同的代用燃料具有不同的燃燒特性，一般不宜混合使用。混合使用燃燒特性差別大的代用燃料，會出現幾段窯皮的現象；

（6）堿性耐火磚比非堿性耐火磚更耐堿浸蝕，也可回避CaO對非堿性耐火磚內AL-、Si-的交代置換。