生產操作對窯內耐火材料的影響

  伴隨著新型干法生產線數量的增多及近年來水泥工業(yè)的技術進步，耐火材料成為水泥工業(yè)生產過程中（熟料煅燒）必不可少的大宗消耗材料之一，其直接費用約占熟料生產成本的1%～2%，其間接影響也很大。因此，水泥生產企業(yè)人員要更多地了解耐火材料的基本知識，特別是中控操作人員更要認識到生產操作對耐火材料的影響，以便更好地使用耐火材料，同時也可以避免因操作不當而造成耐火材料不必要的損失。下面就生產操作對窯內耐火材料（這里主要指耐火磚）的影響種類和窯內各區(qū)域耐火材料的主要損傷情況，以及窯內耐火材料的使用做一個簡單介紹，供大家參考。

  1 損傷的種類

  生產操作對窯內耐火材料的影響大致可以分為以下四種，但實際的影響往往是由幾種原因同時存在而造成的。

  1.1 剝落

  （1）熱剝落：點火初期剝落或結皮的附著脫落等急劇的熱變化會帶來磚的內部熱應力，由此而產生的龜裂現象稱為熱剝落。

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

  （3）構造剝落：由于水泥原料的液相成分、堿性成分或硫磺成分等外來成分的侵入而形成變質層，因為它在膨脹等物理性質上的不同而產生的龜裂現象稱為構造剝落。

  1.2 熔化損傷

  點火初期或結皮的附著脫落時受到的高熱負荷以及水泥原料液相成分都會形成低熔點物質，從而使耐火材料產生熔化損傷。通常在燒成區(qū)域的鎂鉻磚或無鉻磚多易受到熔化損傷，但生產操作不當也會造成冷卻區(qū)域或結皮的附著脫落區(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)域和結皮附著脫落區(qū)域產生的機械性磨損以及在燒成區(qū)域或冷卻區(qū)域產生的包括水泥液相成分帶來的熔化損傷的高溫磨損。煅燒區(qū)域使用高鋁粘土磚時，由于它在比堿性磚還要低的溫度下就會與水泥原料發(fā)生反應，生成低熔點生成物，所以有時也會在靠近熱負荷較高的結皮附著脫落區(qū)一側造成磨損。

  1.4 組織脆化

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

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

  2 窯內各區(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

  生產操作對冷卻區(qū)域耐火材料造成的影響有水泥熟料帶來的高溫磨損。在冷卻區(qū)域中，由于結皮的附著不穩(wěn)定，容易被燒結后的水泥熟料磨損，所以一般使用1200℃左右的高溫強度較高的尖晶石磚。熟料的溫度是1400℃左右，通常不會產生熔化損傷，但操作不當會造成熱負荷變大，助長高溫磨損的形成。

  2.1.2 機械損傷

  生產操作對冷卻區(qū)域耐火材料造成的影響有：大窯帶來的機械應力（大窯定芯、大窯力矩、筒體變形等造成的機械應力）、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

  生產操作對燒成區(qū)域耐火材料造成的影響有：點火時或結皮附著脫落時產生的高熱負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結皮的部分附著脫落以積水狀熔化損傷；②結皮呈環(huán)狀熔化時產生的高溫磨損造成的滑落狀熔化損傷。

  2.2.2 硫腐蝕+剝落

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

  2.3 結皮附著脫落區(qū)域

  2.3.1 接縫鐵板

  生產操作對耐火材料造成的影響中除了有原、燃料中的硫磺對磚造成的硫腐蝕之外，還有接縫鐵板的腐蝕帶來的機械剝離問題。同樣的現象盡管也會在前文中說明過的硫腐蝕帶來的接縫鐵板腐蝕的情況下出現，但與結皮比較穩(wěn)定的燒成區(qū)域深處相比，由于結皮附著脫落區(qū)域的結皮附著脫落頻繁，磚本身的熱負荷就比較高，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，可以將鐵板厚度設為0.2mm以將其影響減少到最小。通過采取這個措施，可以將由鐵板熔化損傷帶來的機械損傷大大減少。另外，這樣還可以減少鐵板厚度和結合材料厚度，使施工可以像無灰漿砌磚一樣進行，形成一個緊湊的施工整體，這時的膨脹預留量可以減少到每8塊磚留一塊。

  2.3.2 脆化剝離

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

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

  另外，在硫腐蝕給磚帶來組織破壞的同時，堿性硫酸鹽和CaSO4， MgSO4的復鹽以及KCl的沉積會形成一個致密化層，當它的界限部位產生龜裂后，由此而來的剝離損傷或結皮附著脫落等就會帶來磚的脫落。

  2.4 煅燒區(qū)域

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

  3 窯內耐火材料的使用

  耐火材料和水泥工藝是密不可分的整體，耐火材料的運轉周期決定窯工藝系統運行指標的完成率，而窯系統的穩(wěn)定運行是保障耐火材料壽命的基礎，兩者相輔相成。因此要保障回轉窯系統安全、高效的運行，在耐火材料的使用過程中應把握好以下幾個環(huán)節(jié)。

  3.1 開、停窯時要注意的問題

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

  3.2 保持設備長期穩(wěn)定運轉

  設備的長期穩(wěn)定運轉是嚴格執(zhí)行點火升溫制度和停窯冷卻制度的基礎，如果每次點火升溫后都能正常運行很長時間，那么點火升溫花費的時間和費用就會變得無足輕重。但如果設備狀況不好，每月都要有幾次的停窯，就不可能嚴格地執(zhí)行點火升溫和冷窯制度。因為頻繁的停窯，必然導致磚的損傷破壞，由此可見在耐火磚的使用問題上，設備也處于基礎地位。

  3.3 充分發(fā)揮窯皮的作用

  窯皮對耐火磚的保護作用是非常明顯的。首先它可以減少耐火磚內因溫差造成的內應力，如無窯皮保護，耐火磚極易因磚內溫差應力太大而炸裂剝落；其次它可以減少耐火磚受化學侵蝕的幾率，如果沒有窯皮保護，熟料中的液相、熔融鹽、燃氣中的堿、氯、硫等物質和一氧化碳都會對磚進行侵蝕，使磚面結構發(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，自然也是窯內溫度波動的緩沖層，窯溫在一定范圍內的波動，通過窯皮傳到磚面時已影響甚微，即使是停車冷窯和點火升溫期間，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，窯皮較完好時點火升溫可適當加快速度，同時由于窯皮的保護，磚面的熱疲勞程度也會明顯減輕。

  由此可見，掛好和保持好窯皮對延長耐火磚的使用壽命至關重要。

  4 結束語

  在充分了解耐火材料的各種性能后，不斷地改進使用方法，努力使生產操作對耐火材料的影響變得最小，延長耐火材料的使用壽命，這樣才能取得良好的經濟效益。