水泥窑用耐火材料的长效环保技术措施

水泥窑用耐火材料的长效环保技术措施
水泥窑用耐火材料的长效环保有关窑衬的主要损坏机理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。四带中，烧成带窑衬为关键，目前外在预分解窑烧成带主要采用碱性耐火砖。

水泥窑用耐火材料的长效环保技术措施

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。

对碱性耐火砖，具体有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种因素损坏碱性耐火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

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，窑尾热级预热器中生料的R2O、SO3含量往往分别比原生料增至5倍、3～5倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位，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(一般易发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。近年来，在冷却带和过渡带，有不少企业使用了硅莫砖，大部分硅莫砖的事故是由于过烧造成的，很少是其他原因。硅莫砖主要以碳化硅和莫来石构成，而且碳化硅起着非常重要的作用，理论上当温度上升到2500℃左右，碳化硅开始分解为硅蒸汽和石墨，实际上在窑内还原气氛条件下，碳化硅在1700℃左右已开始分解，对硅莫砖构成致命的破坏。

5.热震

当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性耐火砖易受热震而损坏。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，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耐火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。

对于紧靠挡砖圈的砖，大部分损坏是由于挤压力造成的。国外某公司专做窑口砖，其使用寿命可以保证3年以上，我们把它与其他砖作了检测对比，发现其差别主要在高温抗折强度上，而耐火砖的标准根本就没有把高温抗折强度列进去，这一点应该引起耐火砖生产厂家的重视。

5.磨损

解窑窑口卸料区没有窑皮保护时，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。

实际上，不要以为窑口没有窑皮是正常的，在有条件的情况下，保持冷却带有一定的窑皮，不但能有效保护窑口砖，而且对拓宽窑的操作弹性，稳定产质量都是有好处的。

降低窑衬消耗的基本措施

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、镁铁尖晶石砖或白云石砖；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。近开发的可挂窑皮的硅莫砖也正在向烧成带的末端发展；过渡带则主要使用镁铝尖晶石砖、镁铁尖晶石砖、富铬镁砖或含锆增韧白云石砖。近年开发的铝质砖——硅莫砖、特别是增加了红柱石的硅莫红砖，热震稳定性有了很大提高，在过渡带取得了很好的效果，而且不挂窑皮的品种可有效防止后结圈；窑卸料口内衬是大型窑窑衬中薄弱环节之一，新窑或规则的窑上可用碳化硅砖、硅莫砖、硅莫红砖、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

（1）耐火材料的重要性不言而喻，性价效益比差别很大，宁肯多花点钱也一定要买好产品，少停几次窑就什么钱都有了。好的产品首先要选好供货厂，看一个耐火材料生产厂家怎么样，主要应关注能生产质产品的三个条件：是否有高纯度、高品位的原料；是否具有高压力的成型装备；是否具备高温度的煅烧条件。

（2）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；严格进厂验货，以杜绝假冒伪劣产品进厂。对查出的不合格品严禁入库，砖库内不得有任何不合格砖；

（3）由于砖对窑的生产影响很大，各厂的使用条件不尽相同，对砖的要求也不会一样，所以一般不要轻易的更换供货商。如果须更换，对新开发的供货商，批砖好试用，而且量不要太大，以免给双方造成大的损失。对试用砖，好不设预付款，达到试用期后一次付清，宁肯砖价高一些。

（4）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；后，要求砌筑选用耐火砖不得缺角少棱。

（5）把好出库关，这是大多数厂容易忽略的问题。耐火材料对保存和搬运有严格的要求，各厂的储运条件又参差不齐，在砌筑前须进行严格的再检验，严防破损、掉角、裂纹、受潮的砖入窑。对查出的不合格砖，要当场销毁，更不得回库存放，以免再次混入窑内。

两者界定的一般原则为：掉砖处周围的厚度不低于新砖的60%，且掉砖周围砖的实际使用时间不长、未受过恶劣条件的折腾、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，缩短停窑时间，而且可提高窑的运转率。需要强调的是，换转就像切除癌瘤一样，宁肯过之不可不及，不要舍不得，以防反复停窑挖补。

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，对砖衬膨胀的补偿量较大，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。因此，预分解窑一般都选择Ｂ型砖作为窑衬。

有些厂家更换窑衬后急于投料生产，常采用6～8ｈ的快速烘窑制度，加之缺乏要的措施来保护窑体和窑衬的，导致窑体及窑衬不要的损坏。尤其直接结合镁铬砖对6～8ｈ的快速烘窑不适应，应注意。

窑衬烘烤须连续进行，直至完成，且要做到“慢升温，不回头”。为此烘烤前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砖的使用寿命有很大影响，因此停窑不换砖时须慢冷以保窑衬。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。

值得注意的是，有些新建的水泥厂，由于各种原因在窑砌完砖后迟迟不具备点火投料条件，特别对湿砌的砖、对雨季砌的砖，对烧成带的碱性耐火砖是非常不利的，好安排一次针对窑内碱性耐火砖的烘干，一般将窑尾温度控制在150~200℃烘24h即可，以避免碱性耐火砖的受潮。

如果窑内湿汽较大，烘窑时一定要注意定期转窑，以免水汽在窑筒体内壁凝结，沿筒体内壁下流对下部的砖造成浸蚀。这在一些厂时有发生，砖的表现为蚀沟现象，即某一角度范围的砖表现出明显的损失加重。

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，是影响耐火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，即可进行投料。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，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（俗称：出汗），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，直至窑皮过厚时，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。

层窑皮粘挂的质量劣对延长窑衬寿命有重要的作用。

窑皮实质上就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，须采取相应的保护措施：

（1）砌完砖须进行窑内清理；投料后应严格保证系统温度及烧成带温度，使批窑料和该处耐火砖同时处于良好的挂窑皮状态。挂窑皮时喂料量按正常量的60~80%投料；

（2）由于挂好层窑皮是非常重要的，确切的说，挂好窑皮比挂高质量的窑皮更重要，尤其重要的是在初始投料后不得跑黄料。

挂窑皮期间按正常的配料方案比较好，不用专门配制生料。有些公司为了挂高质量的窑皮，专门配制高KH的窑皮料，实际上对一条新投产的窑来讲，由于各种不确定因素很多，很难保证窑况达到佳状态，高KH容易跑黄料，即使随后挂上了窑皮，也会有很多空洞窑皮，好心会做成坏事；

（3）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有就够了。

减少停窑次数，提高预分解窑的运转率

所谓：“机怕开，电怕停，耐火砖怕开开停停”。

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，还使窑衬砖位扭曲，降低窑衬使用寿命。那么，如何减少开停窑次数呢？

垃圾处理及代用燃料对水泥窑耐火材料的影响水泥窑用于处理垃圾，在配料合适的情况下，主要是有害成分的带入，这不但对烧成工艺和熟料质量形成有害影响，对耐火材料也会加重剥蚀，这一点要引起足够的重视。

水泥窑采用或部分采用代用燃料，同样存在上述危害，同时还影响到火焰的强度、力度和形状，进而影响到窑内各带的分布、影响到熟料质量、影响到耐火材料的使用。根据欧洲一些厂家的使用经验，需要注意以下几点变化，这些变化都对耐火材料构成了伤害：

（1）带入的SO4-离子、CI-离子、R2O等有害成分的提高，即影响熟料强度，又会加重窑尾系统的结皮堵塞和窑内的结圈现象；

（2）有害成分的提高会增大液相量、降低液相粘度，造成窑皮的不稳定，窑皮的反复挂掉导致砖的频繁热震，加剧了有害成分对砖的渗透、被渗透部分的强度下降，终剥落掉。对原料中MgO含量高的厂家影响更大；

（3）代用燃料的燃尽时间一般较长，不充分的燃烧会增加CO，加重结皮、结圈、结蛋和黄心料的产生。燃尽时间长导致火焰长、烧成带变长。通常烧成带长度是窑径的8倍左右，替代燃料可能使烧成带加长到窑径的9~10倍；

（4）替代燃料也遵循磨得越细燃尽时间越短、着火点越低的规律。德国某厂的经验，当挥发份在30%左右时，90μ m筛余需控制到20%左右；

（5）不同的代用燃料具有不同的燃烧特性，一般不宜混合使用。混合使用燃烧特性差别大的代用燃料，会出现几段窑皮的现象；

（6）碱性耐火砖比非碱性耐火砖更耐碱浸蚀，也可回避CaO对非碱性耐火砖内AL-、Si-的交代置换。