防水之家讯：１ 窑衬损坏机理及影响因素
一般将预分解窑窑内分为４个带，即分解带、过渡带、烧成带和冷却带，亦有只将预分解窑划分为分解带和烧成带（包括放热反应带、烧成带、冷却带）的，就机理而言，两种划分法是一致的。四带中，烧成带窑衬最为关键。目前国内外在预分解窑烧成带主要采用碱性砖。
Ｂａｒｔｈｅｌ指出，热、机械和化学３种因素构成了窑衬内的应力并导致其破坏。随窑型、操作及窑衬在窑内位置的不同，上述因素的破坏作用亦不同。其中起决定性作用的是火焰、窑料和窑筒体的变形状况，它们使窑衬承受各种不同的应力。对碱性砖，Ｂａｒｔｈｅｌ总结出具体的８种破坏因素，即熟料熔体渗入、挥发性组分的凝聚、还原或还原－氧化反应、过热、热震、热疲劳、挤压和磨刷。但这８种因素对窑内不同带砖衬的破坏作用各有不同，现就这８种因素损坏碱性砖的机理分别作一简述。
（１）熟料熔体渗入。熟料熔体主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF。其中渗入变质层中的C2S和C4AF会强烈地溶蚀镁铬砖中的方镁石和铬矿石，析出次生的CMS和镁蔷薇辉石(C3MS2)等硅酸盐矿物，有时甚至还会析出钾霞石；而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有一定渗入侵蚀作用。
(２)挥发性组分的凝聚。预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分的富集。由生产实践，窑尾最热级预热器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分别比原生料增至5倍、3倍～5倍和80倍～100倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位(800℃～1200℃区段后)，物料中的挥发性组分将会在所有砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以外的相邻组分，导致砖渗入层的热震稳定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使砖碱裂损坏，并在热－机械应力综合作用下开裂剥落。因预分解窑从窑尾至烧成带开始整个无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。
(３)还原或还原－氧化反应。当窑内热工制度不稳时，易产生还原火焰或存在不完全燃烧，使镁铬砖内的Fe3+还原或Fe2+，发生体积收缩，而且Fe2+在方镁石晶体中迁移扩散能力比Fe3+强得多，这又进一步加剧了体积收缩效应，从而使砖内产生孔洞、结构弱化、强度下降。同时，窑气中还原与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀的体积效应反复发生，砖便产生化学疲劳。这一过程主要发生在无窑皮保护的镁铬砖带。
(４)过热。当窑热负荷过高，使砖面长时间失去窑皮的保护时，热面层基质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多孔(一般易生于烧成带的正火点区域)，从而不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳，易于损坏。
(５)热震。当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增(甚至高达上千度)，而使砖内产生很大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，最后使砖碎裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带区域。
(６)热疲劳。窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分解窑转速为3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多。这种温度升降多次重复导致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了砖的剥落损坏。
(７)挤压。回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力学负荷；砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。
(８)磨损。预分解窑窑口卸料区没有窑皮保护，而熟料和大块窑皮又较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。
２ 降低窑衬消耗的措施
(１)注重衬料的选型和合理匹配。新型干法窑特别是大型预分解窑，使用了热回收效率在60%以上的高效冷却机以及燃烧充分且一次风比例较少的多通道喷煤嘴(火焰火力集中，灵活可调)；且窑头和窑罩又加强了密闭和隔热,因此,出窑熟料温度可高达1400℃,入窑二次风温可高达1200℃，从而造成系统内过渡带、烧成带、冷却带及窑门罩、冷却机高温区以及燃烧器外侧等部位的工作温度远高于传统窑。因此，烧成带正火点可使用直接结合镁铬砖、特种镁砖或白云石砖；正火点前后两侧,视设备、操作和原燃料情况，可采用与正火点相同的砖或普通镁铬砖；过渡带则主要使用尖晶石砖、富铬镁砖或含锆增韧白云石砖。窑卸料口内衬是大型窑窑衬中最薄弱环节之一，新窑或规则的窑上可用碳化硅砖、尖晶石砖或直接结合镁铬砖。对窑口温度较低的窑，可使用热震稳定性优良的高铝砖或磷酸盐结合高铝砖；若窑口变形时则可用刚玉质或钢纤维增强刚玉质浇注料或低水泥型高铝质浇注料。
(２)把好进货质量关和窑衬施工质量关。要严格遵守“水泥回转窑用耐火材料使用规程”中的相关要求，选购耐火材料时，应要求供货商提供产品质量担保书，并应取样送有关权威监测部门复检，以杜绝假冒伪劣产品进厂。与此同时，对施工质量亦要进行严格的监督，以确保窑衬的耐火性、密封性、隔热性、整体性、耐久性。重点应对耐火泥的配制、砖缝和膨胀缝处理等一系列技术问题严格把关。首先，更换窑衬前要编制施工方案，按砌筑要求在窑内划出纵向和横向控制线；其次，每天召开有关负责人协调会，及时解决施工中出现的问题；第三是实行项目负责制，设立专人跟班监督；最后，要求砌筑选用耐火砖，不得缺角少棱。
(３)准确把握局部挖补与整段更换窑衬的界限。两者界定的一般原则为：掉砖处周围的厚度不低于100mm，且掉砖周围砖的结构未发生裂缝和排列错乱现象，这时可采用挖补的方法。否则就需要进行整段更换。正确的判断，不仅可以降低窑衬消耗，缩短停窑的时间，而且可提高窑的运转率。
(４)坚持合理的烘窑升温制度。窑衬砌筑好后还须妥善烘烤，烘烤时升温不能过快，以免产生过大的热应力而导致砖衬开裂、剥落。由于耐火砖的品种较多，根据实践及文献介绍，使用Ｂ型砖时，因砖数量较多，对砖衬膨胀的衬偿量较大，按0.5℃／min～1℃／min区段内的升温制度烘烤时，砖衬内压应力总是低于砖的强度，非常安全。因此，预分解窑一般都选择Ｂ型砖作为窑衬。
对2000t/d熟料的窑内新砌碱性砖衬，烘烤时升温速度以30℃/h较为适宜，更换砖衬长度在30m以内时，取约50℃/h；停窑后燃烧带内仍保持300℃以上温度时可取约125℃/h。这样上述三种烘烤制度升温至1400℃所需的烘烤时间分别为48ｈ、25ｈ和10ｈ。对于能力及砖型更大的窑，还应增加10%～20%的烘烤时间。
烘烤时窑速的控制原则一般为：温度在300℃～500℃范围内每30min转窑1/3圈，600℃～800℃范围内每15min转1/2圈，900℃～1100℃范围内以最低速连续转窑，从1200℃至工作温度可渐增至正常窑速。若新砌的砖衬为高铝、粘土和轻质砖则应适当加快窑速，但应采取与砖质相应的升温制度。
有些厂家更换窑衬后急于投料生产，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窑制度，加之缺乏必要的措施来保护窑体和窑衬的安全，导致窑体及窑衬不必要的损坏。若欲快速烘窑，必须采取以下措施：①控制好窑体变形：控制好窑体，特别是从窑头起第二档轮带处窑体不变形，同时为了消除窑体和轮带升温过程中温差所造成的耐火砖及窑体的损坏，必须用风机强制冷却第二档轮带的两侧窑体。②控制废气温度：快速烘窑煤耗较大，窑气温度高，为了降低废气温度，开窑时就要开动增湿塔系统。③选用适当的耐火砖，碱性砖在工况下必须保持应有的结构韧性，显气孔率不能太小，厚度亦应严格控制。其中直接结合镁铬砖对6ｈ～8ｈ的快速烘窑不适应，应注意。
窑衬烘烤必须连续进行，直至完成且要做到“慢升温，不回头”。为此烘烤前必须对系统设备联动试车，还要确保供电。此外，停窑时窑衬的冷却制度亦对未更换的砖的使用寿命有很大影响，因此停窑不换砖时必须慢冷以保窑衬安全。对于大型预分解窑，在停窑时可用辅助传动进行慢转窑、扣风，并在24ｈ后方可打开窑门进行快速冷却。
(５)窑皮的粘挂及保护。烧成带及其两侧过渡带砖衬上窑皮的稳定与否，这是影响砖衬使用寿命的决定性条件。
新砖砌好，按正常升温制度达投料温度后，即进行投料。第一层窑皮的形成就是从物料进入烧成带及前后过渡带时开始，必须严格控制熟料结粒细小均齐，配料合理；耐火砖热面层中应形成少量熔体，使熟料与砖面牢固地粘结。粘结后，砖衬表面层温度降低，熔体量减少，粘度增大，粘结层与砖衬面间粘结力就越大；而熟料继续粘到新粘结的熟料上，使窑皮不断加厚，直至窑皮过厚，窑皮表面温度过高而造成该处熟料中熔体含量过多且粘度小，熟料不能再相互粘结为止。第一层窑皮粘挂的质量优劣对延长窑衬寿命有重要的作用。窑皮实质上是窑料的流量和成分。窑正常运行时，入窑燃料的质和量及其燃烧性状，以及耐火砖在高温下的性态等是不断变化的。因此为了挂好窑皮且保护好窑皮包括补挂好窑皮，必须采取相应的保护措施：①砌完砖必须进行窑内清理；投料后应严格保证系统温度及烧成带温度，使第一批窑料和该处耐火砖同时处于良好的挂窑皮状态。同时挂窑皮时喂料量按正常量的80%即可。②开窑前要严格检查燃烧控制系统、喷嘴结构和位置及火焰形状，并使之保持正常。预分解窑挂窑皮时间一般为1ｄ。
(６)减少停窑次数，提高预分解窑的运转率。由于频繁的非计划开停窑，往往是紧急止料停窑，会造成衬砖热面迅速冷却，收缩过快，砖内产生严重的破坏应力。应力随多次停窑频繁作用于砖内，导致其过早开裂损坏。再次开窑时，砖热面层往往随窑皮剥落，还使窑衬内砖位扭曲，降低窑衬使用寿命。表３为某两个厂历年运转率与窑衬消耗的对应关系。频繁开停窑多发生于系统存在重大问题或刚进行过系统检修期间，但通过采取以下系列措施可以减少停窑次数：
第一，在严把进厂配件、材料质量关的基础上，检修时实行每个子项目专人负责，并实行专业化管理，以确保检修质量，每次检修完毕后，应进行系统联动试车，以及时发现问题，及时处理。
第二，精心操作，根据入窑生料、燃料质量、熟料结粒状况等综合因素动态地调整系统，做到“预先小调整，防止大波动”，确保热工制度稳定，以避免系统大量掉窑皮。
第三，应坚持日巡检制度，要求各车间、专业、系统每日至少进行一次巡检，做到“全员参与，全面巡检”，发现问题及时处理，确保生产线正常运转。
(７)稳定窑的热工制度。窑在运转时，如热工制度不稳，会造成窑内衬料忽冷忽热，窑皮时长时塌，极易发生耐火砖开裂剥落、炸头等现象，使用寿命大大缩短。因此，必须采取以下相应措施：
①“五稳保一稳”，即入窑生料成分稳定，入窑喂料量稳定，燃料成分稳定，燃料喂入量稳定和设备运转稳定，只有实现这“五个稳定”，方能保证窑系统热工制度稳定。
②风、煤、料和窑速的合理匹配——四者相互联系又相互制约，必须相互适应相互匹配，才能保证热工制度的稳定。
③多通道喷煤管必须针对不同煤质、不同窑况等进行合理动态操作调整，得到一合适的火焰，以保证热工制度稳定。
④合理调整篦冷机的操作，保证稳定的二、三次风量及风温，同时兼顾与窑的同步操作，达到稳定热工制度之目的。
３结语
影响预分解窑窑衬消耗的因素较多，也较复杂，只有不断摸索，采用新技术、新材料和提高操作水平来满足不断发展的预分解窑，从而达到既可降低消耗，又可使窑系统均衡稳定的运转之目的。
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