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耐火材料行业知识

回转窑耐火材料内衬耐材损毁分析

  水泥窑的运转率是水泥企业的工作重心,是企业效益的重要来源,而造成预分解水泥窑运转率低的原因除了设备故障因素外,更多的是预分解水泥窑各部位的耐火材料不能满足使用要求,导致经常停窑来进行更换和维修。
  碱性耐火材料具有耐高温煅烧和耐化学侵蚀能力较强的特点,广泛用于水泥企业预分解窑,主要有碱性的镁砖、白云石砖及镁砖、镁铬砖等耐火材料。镁基耐火材料具有抗热冲击和化学腐蚀性强,但热稳定性较差的特性;掺加铬矿石的耐火砖具有耐火度和荷重软化点高,抗碱性熔渣、熔灰性强,热震稳定性好等特点,但使使用中会产生对人体有害的六价铬,造成环境污染;白云石具有耐火度高、耐碱性熔渣性强,能够形成保护涂层,已有不少水泥企业用于烧成带,以减少对环境的污染。因此,了解预分解窑预热带、分解带、烧成带及冷却带对耐火材料性能的要求以及耐火材料损坏的原因,采取积极的预防措施,合理配套使用不同性能的耐火材料,才能提高水泥窑的运转率,充分发挥预分解窑高效、低耗的优越性。
  水泥窑用耐火村料的物理损毁
  水泥窑用耐火材料的物理损毁的种类主要有:
  (1)磨损;(2)由机械应力引起的损毁;(3)结构损毁。
  1.1水泥窑内衬的磨损
  (1)定期磨损
  一是水泥窑出料口水泥熟料的磨损;二是预热带链条区域条与衬料的磨损。
  (2)不定期磨损
  主要为烧成带挂窑皮处,窑皮脱落时便受到磨损。
  1.2机械应力造成水泥窑衬的磨损
  镶嵌到回转窑上的砖,随着窑的回转观察到砖比窑壳回转还快的所谓空转现象。砖与窑壳作不同的移动,砖受到内部各个结圈之间的不同移动引起的局部应力,产生剥落和组织破坏,固定砖与粘接或干砌砖之间的相对运动,容易产生扭曲应力,从而砖组织受到剥落损毁,砖背面被磨蚀,而造成组织破坏。
  1.3窑壳变形
  回转窑是由轮带和托轮支撑回转,可以看到窑壳由剪切力造成的轴向弯曲和圆周方向的椭圆状变形,这种变形与窑壳的厚度成反比关系。但是不可避免的,由于窑壳的椭圆状变形,内衬耐火材料伴随着回转,将反复地受到压缩应力的作用,受到损毁,窑壳的椭圆状变形,在各个轮带附近位置较大,窑壳椭圆状变形越大,耐火材料损毁越严重。
  1.4结构性损毁
  主要发生在回转窑系统高温区,如烧成带,冷却带、窑门罩、箅冷机入料端。
  一是由于耐火材料的荷重软化点(温度)偏低造成熔损;二是由于耐火材料的热膨胀较大而炸裂损毁。
  1.5物理损毁
  水泥回转窑内温度和气流的急剧变化,如局部温度过高(烧逼火、偏烧)、跑煤、强制大拉风,早开窑门都容易引起耐火砖体积变化而剥落,温度变化越大,剥落越严重。
  水泥窑用耐火材料的化学损毁
  2.1熔失
  水泥生料在窑内从碳酸钙分解到形成熟料矿物的整个加热过程中发生了一系列物理化学变化,并产生大量的熔态金属、烙渣、熔灰,这些熔态金属、熔渣、熔灰与耐火材料反应,生成低熔物,当这些低熔物流失后,造成耐火材料熔失。
  预防措施:
  (1)采用气孔孔率低、透气性小,烧成良好的耐火材料;(2)采用对熔融物熔解度低,溶解生成物粘度高的耐火材料;(3)尽可能采用不易被熔融物侵蚀的耐火材料。
  2.2气损
  预分解窑充分利用了余热预热,使得碱、硫酸盐和氯化物在窑内挥发、凝聚,在窑中大量富集并反复循环,与原始生料相比在最热组预热器的窑料中R20增加了5倍,SO3增加了3~5倍,与耐火材料长时间接触,引起化学变化,造成耐火材料的侵蚀和破坏。
  预防措施:
  采用与气体接触或气体凝结物反应速度慢的耐火材料:
  (2)采用透气性小强度高的耐火材料;
  (3)对砌缝进行密封。
  2.3结构剥落
  大型预分解窑多采用多风道喷煤嘴,一次风量较大,因此火焰温度提高很多,加上窑头又加强了密闭,窑内火焰温度约为1700~1800℃,使得窑口、冷却带、烧成带、过滤带、分解带甚至窑门罩、冷却机的温度水平远高于传统窑的相应部位。当与加热面接触的熔渣、粉尘、气体等侵入耐火材料,由于这些熔媒以及热的作用,在加热面附近产生变质层,这种变质部分因液相过多收缩而剥落,或者由于变质部分与未变质部分的膨胀不同而剥落。
  预防措施:
  (1)采用不易产生结构散裂的耐火材料,同种类的耐火材料,荷重软化点高的,其散裂性要相对好些;(2)对窑炉壁进行冷却,对减少变质层的厚度是有效的;(3)适当控制物料的加入量,减轻耐火材料上承受的应力。
  2.4机械剥裂
  日产2000t的预分解窑直径为4m,日产4000预分解窑直径为4.7米,转速达到3~4转/分。窑径加大、窑温提高、转速加快,而耐火砖是在高温下随筒体一起转动,加上托轮的支撑,窑体重力以及窑内物料的冲击作用,机械振动和变形加剧,耐火材料的破坏也同时加剧,造成耐火材料剥裂。
  预防措施:
  (1)充分留出耐火材料的膨胀缝;
  (2)缓慢进行升温加热,特别是在水泥窑点火时,要控制好升温速度;(3)选用高温强度、抗侵蚀性、热震稳定性好且易粘挂窑皮的耐火材料。
  2.5永久收缩
  为确保水泥企业的产量、效益,水泥窑日夜不停地运转,耐火材料也就会因长时间高温受热和温差带来的热应力而产生收缩,砖缝裂开引起脱落。
  预防措施:
  (1)对窑筒体进行冷却,特别是烧成带;
  (2)采用永久收缩小的耐火材料。
  2.6热剥裂及软化损伤
  水泥窑每转一周受到的周期性温差所造成的热冲击和耐火材料受到急冷急热作用,由于表面和内部的膨胀差产生的应变,造成耐火材料表面剥裂,以及耐火材料高温下承受窑内物料的压力,使耐火材料的压缩强度降低,耐火材料被压坏,出现垮塌。
  预防措施:
  (1)尽量避免急冷急热;
  (2)使用抗热冲击性强的耐火材料;
  (3)采用荷重软化点高的耐火材料。
  耐火材料作为水泥工业的基础消耗材料,按每吨消耗0.85公斤耐火材料来计算,每个新型干法水泥生企业每年都要消耗大量的耐火材料。因此,了解耐火材料损坏原因,针对各种耐火材料的不同性能,在预分解窑的各带合理配置无铬环保的耐火材料,能减少停窑次数,提高分解窑运转率。
 


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