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耐火材料行業知識

回轉窯耐火材料內襯耐材損毀分析

  水泥窯的運轉率是水泥企業的工作重心,是企業效益的重要來源,而造成預分解水泥窯運轉率低的原因除了設備故障因素外,更多的是預分解水泥窯各部位的耐火材料不能滿足使用要求,導致經常停窯來進行更換和維修。
  堿性耐火材料具有耐高溫煅燒和耐化學侵蝕能力較強的特點,廣泛用于水泥企業預分解窯,主要有堿性的鎂磚、白云石磚及鎂磚、鎂鉻磚等耐火材料。鎂基耐火材料具有抗熱沖擊和化學腐蝕性強,但熱穩定性較差的特性;摻加鉻礦石的耐火磚具有耐火度和荷重軟化點高,抗堿性熔渣、熔灰性強,熱震穩定性好等特點,但使使用中會產生對人體有害的六價鉻,造成環境污染;白云石具有耐火度高、耐堿性熔渣性強,能夠形成保護涂層,已有不少水泥企業用于燒成帶,以減少對環境的污染。因此,了解預分解窯預熱帶、分解帶、燒成帶及冷卻帶對耐火材料性能的要求以及耐火材料損壞的原因,采取積極的預防措施,合理配套使用不同性能的耐火材料,才能提高水泥窯的運轉率,充分發揮預分解窯高效、低耗的優越性。
  水泥窯用耐火村料的物理損毀
  水泥窯用耐火材料的物理損毀的種類主要有:
  (1)磨損;(2)由機械應力引起的損毀;(3)結構損毀。
  1.1水泥窯內襯的磨損
  (1)定期磨損
  一是水泥窯出料口水泥熟料的磨損;二是預熱帶鏈條區域條與襯料的磨損。
  (2)不定期磨損
  主要為燒成帶掛窯皮處,窯皮脫落時便受到磨損。
  1.2機械應力造成水泥窯襯的磨損
  鑲嵌到回轉窯上的磚,隨著窯的回轉觀察到磚比窯殼回轉還快的所謂空轉現象。磚與窯殼作不同的移動,磚受到內部各個結圈之間的不同移動引起的局部應力,產生剝落和組織破壞,固定磚與粘接或干砌磚之間的相對運動,容易產生扭曲應力,從而磚組織受到剝落損毀,磚背面被磨蝕,而造成組織破壞。
  1.3窯殼變形
  回轉窯是由輪帶和托輪支撐回轉,可以看到窯殼由剪切力造成的軸向彎曲和圓周方向的橢圓狀變形,這種變形與窯殼的厚度成反比關系。但是不可避免的,由于窯殼的橢圓狀變形,內襯耐火材料伴隨著回轉,將反復地受到壓縮應力的作用,受到損毀,窯殼的橢圓狀變形,在各個輪帶附近位置較大,窯殼橢圓狀變形越大,耐火材料損毀越嚴重。
  1.4結構性損毀
  主要發生在回轉窯系統高溫區,如燒成帶,冷卻帶、窯門罩、箅冷機入料端。
  一是由于耐火材料的荷重軟化點(溫度)偏低造成熔損;二是由于耐火材料的熱膨脹較大而炸裂損毀。
  1.5物理損毀
  水泥回轉窯內溫度和氣流的急劇變化,如局部溫度過高(燒逼火、偏燒)、跑煤、強制大拉風,早開窯門都容易引起耐火磚體積變化而剝落,溫度變化越大,剝落越嚴重。
  水泥窯用耐火材料的化學損毀
  2.1熔失
  水泥生料在窯內從碳酸鈣分解到形成熟料礦物的整個加熱過程中發生了一系列物理化學變化,并產生大量的熔態金屬、烙渣、熔灰,這些熔態金屬、熔渣、熔灰與耐火材料反應,生成低熔物,當這些低熔物流失后,造成耐火材料熔失。
  預防措施:
  (1)采用氣孔孔率低、透氣性小,燒成良好的耐火材料;(2)采用對熔融物熔解度低,溶解生成物粘度高的耐火材料;(3)盡可能采用不易被熔融物侵蝕的耐火材料。
  2.2氣損
  預分解窯充分利用了余熱預熱,使得堿、硫酸鹽和氯化物在窯內揮發、凝聚,在窯中大量富集并反復循環,與原始生料相比在最熱組預熱器的窯料中R20增加了5倍,SO3增加了3~5倍,與耐火材料長時間接觸,引起化學變化,造成耐火材料的侵蝕和破壞。
  預防措施:
  采用與氣體接觸或氣體凝結物反應速度慢的耐火材料:
  (2)采用透氣性小強度高的耐火材料;
  (3)對砌縫進行密封。
  2.3結構剝落
  大型預分解窯多采用多風道噴煤嘴,一次風量較大,因此火焰溫度提高很多,加上窯頭又加強了密閉,窯內火焰溫度約為1700~1800℃,使得窯口、冷卻帶、燒成帶、過濾帶、分解帶甚至窯門罩、冷卻機的溫度水平遠高于傳統窯的相應部位。當與加熱面接觸的熔渣、粉塵、氣體等侵入耐火材料,由于這些熔媒以及熱的作用,在加熱面附近產生變質層,這種變質部分因液相過多收縮而剝落,或者由于變質部分與未變質部分的膨脹不同而剝落。
  預防措施:
  (1)采用不易產生結構散裂的耐火材料,同種類的耐火材料,荷重軟化點高的,其散裂性要相對好些;(2)對窯爐壁進行冷卻,對減少變質層的厚度是有效的;(3)適當控制物料的加入量,減輕耐火材料上承受的應力。
  2.4機械剝裂
  日產2000t的預分解窯直徑為4m,日產4000預分解窯直徑為4.7米,轉速達到3~4轉/分。窯徑加大、窯溫提高、轉速加快,而耐火磚是在高溫下隨筒體一起轉動,加上托輪的支撐,窯體重力以及窯內物料的沖擊作用,機械振動和變形加劇,耐火材料的破壞也同時加劇,造成耐火材料剝裂。
  預防措施:
  (1)充分留出耐火材料的膨脹縫;
  (2)緩慢進行升溫加熱,特別是在水泥窯點火時,要控制好升溫速度;(3)選用高溫強度、抗侵蝕性、熱震穩定性好且易粘掛窯皮的耐火材料。
  2.5永久收縮
  為確保水泥企業的產量、效益,水泥窯日夜不停地運轉,耐火材料也就會因長時間高溫受熱和溫差帶來的熱應力而產生收縮,磚縫裂開引起脫落。
  預防措施:
  (1)對窯筒體進行冷卻,特別是燒成帶;
  (2)采用永久收縮小的耐火材料。
  2.6熱剝裂及軟化損傷
  水泥窯每轉一周受到的周期性溫差所造成的熱沖擊和耐火材料受到急冷急熱作用,由于表面和內部的膨脹差產生的應變,造成耐火材料表面剝裂,以及耐火材料高溫下承受窯內物料的壓力,使耐火材料的壓縮強度降低,耐火材料被壓壞,出現垮塌。
  預防措施:
  (1)盡量避免急冷急熱;
  (2)使用抗熱沖擊性強的耐火材料;
  (3)采用荷重軟化點高的耐火材料。
  耐火材料作為水泥工業的基礎消耗材料,按每噸消耗0.85公斤耐火材料來計算,每個新型干法水泥生企業每年都要消耗大量的耐火材料。因此,了解耐火材料損壞原因,針對各種耐火材料的不同性能,在預分解窯的各帶合理配置無鉻環保的耐火材料,能減少停窯次數,提高分解窯運轉率。
 


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