探析水泥窯用耐火材料的損壞原因及防治措施

華占剛

（宜興國(guó)冶窯爐工程有限公司 214226）

1 水泥窯耐火材料的使用現(xiàn)狀

隨著科技和時(shí)代的發(fā)展，耐火材料的使用越來(lái)越多，隨之耐火材料的研究也越來(lái)越多。這是因?yàn)椋骸案邷厥枪I(yè)創(chuàng)造進(jìn)行的大多途徑，不論是以前的傳統(tǒng)工業(yè)：金屬制造、煤炭部門(mén)等，還是現(xiàn)代新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)：航天技術(shù)等，這些都是需要在高溫作業(yè)下完成的。”所以在高溫下的耐火材料不可謂不重要，而在水泥窯的耐火材料使用中，大多使用堿性的耐火材料。堿性材料被廣泛是用在水泥窯的預(yù)分解窯上，它通常是以氧化鈣和氧化鎂為主要成分。在高溫作業(yè)下，易與酸性耐火材料、酸性渣和氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其是以耐高溫煅燒和耐化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)而聞名。比如，堿性的鎂磚、白云石磚等耐火材料。

水泥窯用耐火材料的使用性質(zhì)如何，主要看三方面：首先是耐火度，它指的是高溫背景下，材料不承受任何荷載的情況下也能不被熔融，更不能被軟化的功能。并且，如果是大量的雜質(zhì)或者是成分的不均勻，那么材料的耐火度會(huì)極速下降。其次是荷重軟化溫度與高溫蠕變，是指材料的變形溫度，它在承受恒定不變的壓負(fù)荷壓力下以及一定升溫速度的加熱條件下，對(duì)高溫和荷載同時(shí)作用的抵抗能力如何。最后是高溫體積穩(wěn)定性，它通過(guò)重?zé)€來(lái)體現(xiàn)，由于需要高溫下長(zhǎng)期的使用，表現(xiàn)其尺寸的穩(wěn)定性如何。

2 水泥窯用耐火材料的損壞原因

2.1 水泥窯用耐火材料的物理?yè)p毀

水泥窯耐火材料的物理?yè)p毀現(xiàn)象主要是三個(gè)因素造成的：第一，時(shí)不時(shí)地磨損。水泥窯內(nèi)襯產(chǎn)生的磨損，分為定期磨損和不定期磨損。定期磨損，是指水泥窯出料口水泥熟料和預(yù)熱帶鏈條區(qū)域的鏈條和襯料產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象。不定期磨損，是在燒成帶的掛窯皮處的窯皮脫落時(shí)，出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。第二，機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的磨損，由于出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，所以鑲嵌在回轉(zhuǎn)窯上的磚，在觀察過(guò)程中比窯殼回轉(zhuǎn)還快。磚在內(nèi)部結(jié)圈中產(chǎn)生剝落和組織遭到破壞，固定磚與粘接或干砌磚之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了扭曲應(yīng)力，從而磚組織受到剝落損毀，導(dǎo)致磚背面被磨蝕，進(jìn)而造成組織破壞。第三，結(jié)構(gòu)性損毀，尤其是在燒成帶中，采用相應(yīng)的鎂鉻磚在相應(yīng)的燃燒室以及拱橋部位下，由于工人們?yōu)榱粟s進(jìn)度，在實(shí)際制造的過(guò)程中采用了手工制造法，使得鎂鉻磚的密度與強(qiáng)度偏低等不規(guī)范現(xiàn)象。并且產(chǎn)生了侵蝕和剝落現(xiàn)象，促使磚的反應(yīng)厚度增加，產(chǎn)生大量的材料損毀。

2.2 水泥窯用耐火材料的化學(xué)損毀

水泥生料在窯內(nèi)產(chǎn)生碳酸鈣分解，從而在形成熟料礦物的整個(gè)加熱過(guò)程中產(chǎn)生了一系列化學(xué)變化，其中大量的熔態(tài)金屬、熔渣、熔灰等就是其產(chǎn)物。它們與耐火材料反應(yīng)就會(huì)生成低熔物，如果這些低熔物流失，就會(huì)造成耐火材料熔失，這種現(xiàn)象被稱之為——“熔失”。

在生產(chǎn)作業(yè)中，由于窯內(nèi)火焰溫度大約為1700～1800℃，且大型預(yù)分解窯多采用多風(fēng)道噴煤嘴，一次風(fēng)量非常大，再加上密封的窯頭。所以耐火材料就會(huì)被加熱面接觸的熔渣、粉塵等侵入，并且熔媒以及熱的作用下，變質(zhì)部分與未變質(zhì)部分因膨脹不同而剝落，這種現(xiàn)象被稱之為——“結(jié)構(gòu)剝裂”。

由于窯徑變大，所以溫度提高、轉(zhuǎn)速加快，在日產(chǎn)2 000t、直徑為4m和日產(chǎn)4 000、直徑為4.7m的預(yù)分解窯里，轉(zhuǎn)速達(dá)到3～4轉(zhuǎn)/分。高溫下的耐火磚和筒體一起轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生了機(jī)械振動(dòng)和劇烈變形，造成耐火材料剝裂的這種現(xiàn)象被稱之為——“機(jī)械剝裂”。以上的三種現(xiàn)象就是造成水泥窯耐火材料化學(xué)損毀的直接因素，在耐火材料與化學(xué)的碰撞下，我們應(yīng)該采用更加正確和科學(xué)的手段，這樣才能使水泥窯耐火材料使用的更加永久。

3 水泥窯用耐火材料的防治措施

3.1 加強(qiáng)技術(shù)人員的維護(hù)工作

由于水泥窯耐火材料時(shí)不時(shí)地發(fā)生物理?yè)p毀現(xiàn)象，首先，我們不僅需要提高技術(shù)方面的支持，更需要對(duì)機(jī)械本身的不定期、隨時(shí)的維護(hù)看管。所以要求了施工人員應(yīng)有健壯的體魄、嫻熟的技術(shù)以及依照實(shí)際情況能靈活反應(yīng)開(kāi)展工作，并且操作者技術(shù)水平也要不斷的提高。比如，在砌筑耐火材料時(shí)，在窯內(nèi)砌筑不同規(guī)格型號(hào)的耐火磚，先要確保旋轉(zhuǎn)窯的剛度和強(qiáng)度。只有旋轉(zhuǎn)窯空載試運(yùn)轉(zhuǎn)合格后，才能保護(hù)旋轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)體在使用過(guò)程中不被高溫?zé)龘p的同時(shí)，水泥窯能夠正常工作，從而減少被物料磨損的現(xiàn)象。只有這樣的不定期維護(hù)才能緩解甚至解決水泥窯耐火材料時(shí)不時(shí)的物理?yè)p毀。

其次，為了減小機(jī)械應(yīng)力對(duì)水泥窯的物理?yè)p毀，必須以吊裝找正的順序?yàn)橄?，然后鋼底座再筒體，對(duì)鋼底座分件吊裝，在基礎(chǔ)上組裝并進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量找正。接著對(duì)鋼底座進(jìn)行二次找正，同時(shí)對(duì)托輪軸進(jìn)行瓦刮研、吊裝及組對(duì)。最后找正托輪軸承座及托輪，對(duì)整個(gè)拖輪組進(jìn)行吊裝找正，并安裝擋輪。在所有設(shè)備吊裝找正和灌漿找正完畢后，就對(duì)窯洞體進(jìn)行焊接，焊接完畢后進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查。安裝窯頭罩及密封裝備，接著安裝冷卻及潤(rùn)滑系統(tǒng)。然后安裝碰煤管，同時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)二次灌漿。在這過(guò)程中，逐步減少機(jī)械應(yīng)力對(duì)水泥窯的破壞影響，從而減少耐火材料的損壞程度。

在燒成帶中，由于鎂鉻磚的不規(guī)范導(dǎo)致的大量損毀現(xiàn)象，要想解決該問(wèn)題，可以在使用的過(guò)程中，用鎂鋁尖晶石磚來(lái)替換原本使用的鎂鉻磚。首先在耐壓強(qiáng)度上，鎂鉻磚為40-60Mpa，鎂鋁尖晶磚則在65-83Mpa之間；其次在抗震穩(wěn)定性方面，鎂鉻磚為3-5次，鎂鋁尖晶磚則高達(dá)15次以上。并且在氣氛的變化下，鎂鋁尖晶石磚對(duì)比表現(xiàn)的并不敏感。它能夠有效的解決在燒成帶耐火材料上所呈現(xiàn)出的損毀問(wèn)題，并且延長(zhǎng)磚窯的使用壽命，解決水泥窯的結(jié)構(gòu)性損毀問(wèn)題，優(yōu)化耐火材料的使用。

3.2 針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)，采用適當(dāng)?shù)牟牧?/h3>

對(duì)于水泥窯用耐火材料所發(fā)生是化學(xué)損壞現(xiàn)象，需要對(duì)其各個(gè)部位有針對(duì)性的措施。比如針對(duì)低熔物流失后，所造成的耐火材料熔失這種現(xiàn)象。我們需要采取氣孔率低、透氣性小，燒成良好的耐火材料?；蛘卟捎脤?duì)熔融物溶解度低，溶解生成物粘度高的耐火材料。像堿性的鎂磚、白云石磚等。

在與耐火材料發(fā)生結(jié)構(gòu)剝裂的加熱面上，則需要采用堅(jiān)實(shí)的耐火材料，不輕易被荷重軟化的，在開(kāi)裂時(shí)能快速散開(kāi)。并且還需要適當(dāng)控制物料的加入量，減輕耐火材料上承受的應(yīng)力，解決結(jié)構(gòu)剝裂的問(wèn)題。

在受不了窯體重力并且變形嚴(yán)重，產(chǎn)生機(jī)械剝裂現(xiàn)象時(shí)，首先需要留出足夠空間耐火材料的膨脹縫；其次控制升溫速度，不要把溫度快速的升上去，特別是在水泥窯點(diǎn)火時(shí)。最后選用高溫強(qiáng)度、抗侵蝕性的耐火材料，比如摻加鉻礦石的耐火磚。

4 結(jié)語(yǔ)

“只要大窯轉(zhuǎn)，就有千千萬(wàn)”這句民謠傳唱家家戶戶，更是對(duì)生產(chǎn)作業(yè)中的水泥窯重要程度的生動(dòng)描述，它運(yùn)轉(zhuǎn)的好壞直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)的好壞。在生產(chǎn)過(guò)程中，水泥窯耐火材料的損壞原因和防治措施是極為重要的，并且嚴(yán)密的后續(xù)工作也不可忽視。水泥旋轉(zhuǎn)窯設(shè)備的安裝和調(diào)試一定要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的工作手則，保證安全的、正確的生產(chǎn)作業(yè)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高邁出更大的一步。

[1]汪雷.套筒石灰窯下拱橋損毀分析及改造的可行性研究[J].安徽冶金，2014，04：9-14.

[2]章道運(yùn)，孫露霞.大型水泥窯用堿性磚的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]，河南建材，2013（1）：38-40.