延長回轉(zhuǎn)窯窯頭耐材壽命技術(shù)改進

趙 永，邊洪波，焦東明

(淄博鐵鷹鋼鐵有限公司，山東 淄博 255000)

自2004年7月投產(chǎn)以來，淄博鐵鷹鋼鐵有限公司年產(chǎn)60萬t鏈篦機——回轉(zhuǎn)窯球團礦生產(chǎn)線，由于工藝技術(shù)、設(shè)備等原因，回轉(zhuǎn)窯窯頭耐材的使用壽命一直不理想，在近期使用中，回轉(zhuǎn)窯窯頭耐材使用壽命最長僅為6個月，有時還不到4個月，常常會出現(xiàn)耐火材料的開裂，過早損壞，甚至脫落，嚴(yán)重影響了球團礦生產(chǎn)的順利進行。針對上述問題，從回轉(zhuǎn)窯窯頭耐火材料的選擇，窯頭耐材產(chǎn)生裂紋、脫落的原因分析入手，對回轉(zhuǎn)窯窯頭耐材的壽命延長進行了一系列的技術(shù)改進。

1 窯頭耐火澆注料

耐火澆注料的質(zhì)量是提高回轉(zhuǎn)窯窯頭耐材使用壽命的基礎(chǔ)，表征其質(zhì)量優(yōu)劣的一個最重要指標(biāo)就是耐火度[1](也稱最高使用溫度)。在相同條件下，質(zhì)量好(耐火度高)的澆注料要比質(zhì)量差(耐火度低)的澆注料耐用。通過進行質(zhì)量性能比較，筆者選用了山東魯銘高溫材料科技有限公司生產(chǎn)的棕剛玉-莫來石耐磨澆注料，其質(zhì)量指標(biāo)見表1。在使用最高溫度為l 550 ℃的莫來石澆注料時，其使用壽命僅為3～5個月；改用最高使用溫度為1 780 ℃的棕剛玉-莫來石澆注料時，其使用壽命達到了12個月，是原用耐火澆注料使用壽命的3倍多。

表1 棕剛玉-莫來石澆注料質(zhì)量指標(biāo)

2 窯頭耐火澆注料施工質(zhì)量

窯頭耐火澆注料施工質(zhì)量是保證其使用壽命的一個很重要的環(huán)節(jié)，包括料和水的合理配比、錨固鉤材料的合理選用和改進錨固鉤的結(jié)構(gòu)等。

2.1 料和水的合理配比

現(xiàn)場施工中水的配比非常關(guān)鍵，在現(xiàn)場澆筑時，應(yīng)使用強制攪拌機將澆注料攪拌1～3 min，待攪拌均勻后，加水進行混濕，加水量按質(zhì)量比(料∶水=100∶(5.0～6.0))即可，混濕1～3 min即可進行振動澆筑施工[2]。

攪拌耐火材料用水應(yīng)采用潔凈水，其pH值為7～8。攪拌好的耐火澆注料應(yīng)在30 min內(nèi)澆筑完，方可達到材料的最佳性能[3]。

2.2 錨固鉤材料的合理選用

為解決窯頭耐火澆注料損壞過快的問題，曾一度出現(xiàn)過鋼纖維耐火澆注料，即在打澆注料時，將碎鋼絲按廠家要求混合在澆注料中一起攪拌，然后灌注。成型脫模后，澆注料中便均勻地分布著碎鋼絲的骨料，以增強耐火澆注料自身的機械強度，這種耐火澆注料即稱為鋼纖維耐火澆注料。但由于這種澆注料對緩解其保護層的損壞作用不明顯，同時給施工帶來不少麻煩，因此近來使用的較少。現(xiàn)在窯頭耐火澆注料多采用耐熱不銹鋼錨固鉤做焊接骨料，此材料考慮了與母材相當(dāng)?shù)哪臀g性能和耐熱性能。

為了增強耐火澆注料自身的機械強度，本公司回轉(zhuǎn)窯錨固鉤采用的是固溶溫度為920～1 150 ℃、熱處理溫度為850～930 ℃的不銹鋼1Cr18Ni9Ti材質(zhì)。因窯頭圈鐵采用的材質(zhì)為Q235，而不銹鋼1Cr18Ni9Ti錨固鉤與Q235焊接，符合奧氏體與異種鋼對接焊縫的合金含量最好不低于奧氏體側(cè)母材的含量要求，同時焊條型號改為A307，這樣錨固鉤的焊接質(zhì)量得到了進一步優(yōu)化。

2.3 錨固鉤結(jié)構(gòu)的有效改進

窯頭錨固鉤原來采用拋光的耐熱不銹鋼制作，直接焊接在窯頭圈鐵上，錨固鉤在耐火材料澆筑完畢投入使用后，受到熱膨脹，由于無膨脹空間，因而影響耐火材料的使用壽命。為此，筆者采用在錨固鉤制作完成后，套上直徑為10 mm的蛇皮管，消除了錨固鉤受熱無膨脹空間的弊端。實踐證明，錨固鉤結(jié)構(gòu)的改進解決了窯頭耐火澆注料損壞過快的問題，對延長其使用壽命也起到了很好的作用。改進后的錨固鉤結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進后的錨固鉤結(jié)構(gòu)

3 機械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕對窯頭耐材的影響

對回轉(zhuǎn)窯運行實踐的結(jié)果表明，機械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕是造成窯頭耐材損壞的3種基本方式[4]。機械應(yīng)力是由于筒體變形和磚的熱膨脹作用引起；熱應(yīng)力是由于過熱和熱震作用引起；化學(xué)侵蝕是由于熟料硅酸鹽以及堿鹽的侵蝕作用引起。其中，機械應(yīng)力是最為重要的損壞因素[5]。

為有效降低機械應(yīng)力，筆者曾先后試用過低碳鋼、不銹鋼和鎳鉻鋼等材料制成的窯頭筒體和筒體護板，其組合不少于十余種，但實際的使用效果一直都不佳。造成此現(xiàn)象的主要原因是窯頭筒體受長期高溫焙燒的影響，加上各焊接件在使用過程中受熱變形不均，最終導(dǎo)致窯頭耐材隨著窯頭圈鐵的變形產(chǎn)生了裂紋，時間一長窯頭耐材極易脫落。針對上述問題，采取了如下改進措施。

1)改進筒體窯頭結(jié)構(gòu)。為保證結(jié)構(gòu)的可靠性，將原來由153個零件組裝的筒體窯頭改為由12件半徑為2 045 mm的護板組成的筒體，并把密封筒改為噴淋水冷卻筒，使筒體降溫；原伸入熱煙室內(nèi)的筒體長度由1 100 mm縮短為550 mm，以減少熱傳導(dǎo)。

2)加強筒體窯頭護板結(jié)構(gòu)強度。一般的窯頭結(jié)構(gòu)由筒體、護板(見圖2)和澆注料組成，筒體、護板兩者由4顆螺栓聯(lián)接固定在一起形成整體。實踐證明，筒體窯頭變形大、護板螺栓松動是澆注料脫落的重要原因。為了加強筒體窯頭護板結(jié)構(gòu)強度，設(shè)計制作了108件不銹鋼增強錨固鉤，焊接在窯頭護板上，增大了耐材與窯頭鋼構(gòu)件的連接面積和強度。錨固鉤與窯頭鋼構(gòu)件的連接如圖3所示。

圖2 護板結(jié)構(gòu)

圖3 錨固鉤與窯頭鋼構(gòu)件的連接

3)改進窯頭密封效果。在燒結(jié)礦煅燒工藝過程中，窯頭所處位置極為特殊，并且隨窯體快速轉(zhuǎn)動，遭受溫度冷熱更替快速變化的影響，該部位的密封是生產(chǎn)中需要重點關(guān)注及維護的部位。原魚鱗片安裝采用螺栓緊固后，用鋼絲繩拉緊，長時間運轉(zhuǎn)后，受高溫影響，鋼絲繩松動、失效，造成魚鱗片松動，起不到窯頭密封的作用。為保證窯頭密封的效果，對窯頭的魚鱗片進行了改進：魚鱗片增設(shè)環(huán)狀鐵環(huán)，并加裝拉簧裝置，如果出現(xiàn)松動，可以調(diào)整拉簧來對鋼絲繩進行拉緊，保證窯頭密封效果。

4)改進窯頭冷卻效果。設(shè)備長期使用后，其冷卻效率有所降低，為此，在不影響回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動的前提下，對現(xiàn)有的冷卻風(fēng)支管進行了加長，使冷卻風(fēng)機產(chǎn)出的風(fēng)能夠及時進入冷風(fēng)罩內(nèi)，以對窯頭部位進行均勻冷卻，保證窯頭的冷卻效果。

4 結(jié)語

經(jīng)過上述全方位優(yōu)化改進后，窯口澆注料使用壽命實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，非計劃更換情況基本杜絕。耐火材料使用壽命由原來的4～6個月延長到了6～8個月，在降低了備件加工成本的同時，延長了生產(chǎn)設(shè)備的運行時間，使球團礦的產(chǎn)量和質(zhì)量得到了提高。

[1] 陳春燕. 回轉(zhuǎn)窯耐火磚的砌筑與使用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014(1)：102.

[2] 張志勇. 回轉(zhuǎn)窯耐火磚的使用和維護經(jīng)驗[J]. 新世紀(jì)水泥導(dǎo)報，2008(2)：38-40.

[3] 顧主德. 特種耐火材料[M]. 3版. 北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[4] 韓行祿. 不定形耐火材料[M]. 2版. 北京：冶金工業(yè)出版社，2014.

[5] 杉天清(日). 鋼鐵用耐火材料[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.