水泥窯耐火材料長周期運行的實踐

師美高，徐金福，譚迪

1 水泥窯用耐火磚的中國標準

長期以來，國內(nèi)外水泥窯使用的耐火磚磚型主要有兩種標準，一種是窯前端高溫部位堿性磚采用的德國標準，即VDZB型標準，另一種是窯中后端鋁硅質(zhì)磚采用的國際標準，即型標準。

2019年11月，中國建材聯(lián)合會在北京組織召開了C型系列磚行業(yè)標準審查會，一致通過了對C型磚標準的評審。三種磚型的示意圖見圖1，C型磚的特點如下：

圖1 三種磚型示意圖

2 目前影響窯內(nèi)耐火磚使用周期的主要因素分析

通過對某水泥集團在“十三五”期間100多臺窯的耐火材料檢修檔案的匯總統(tǒng)計，全窯系統(tǒng)耐火材料全年單耗＜0.3kg/t熟料，近一半的回轉(zhuǎn)窯實現(xiàn)了”三年兩次大修”的管理目標，在國內(nèi)外均名列前茅。

研究表明，溫度變化、化學(xué)侵蝕和機械應(yīng)力是影響窯內(nèi)耐火磚使用壽命的三大主要因素，對于不同的回轉(zhuǎn)窯來說，每一種因素的影響程度也是不一樣的。對于水泥熟料生產(chǎn)來說，溫度變化、化學(xué)侵蝕在一定程度上不可避免，有時候是二者相互作用的結(jié)果，而機械應(yīng)力的影響是在窯筒體中心線或橢圓度數(shù)值達到一定偏差后才會出現(xiàn)的。2019年，通過對某水泥集團近150臺回轉(zhuǎn)窯耐火磚異常消耗次數(shù)進行統(tǒng)計，分析了其產(chǎn)生異常損壞的原因，見表1。

表1 回轉(zhuǎn)窯耐火磚異常消耗次數(shù)跟蹤統(tǒng)計

從表1可以看出，機械應(yīng)力損壞是造成耐火材料異常消耗的最主要原因。2019年，全年窯襯周期異常共50臺次，其中，因機械應(yīng)力損壞造成的異常更換達25臺次，占異常更換臺次的50%。輪帶間隙過大（冷態(tài)間隙≥27mm）6臺次，輪帶間隙過小2臺次（冷態(tài)間隙≤5mm），筒體開裂3臺次，中心線檢測異常8臺次。

相對于窯內(nèi)的耐火磚，窯口耐火材料的使用環(huán)境更加惡劣，除受高溫、化學(xué)侵蝕、機械應(yīng)力影響外，還有更多磨損、筒體變形、窯口材料適應(yīng)性和耐火材料施工及工藝操作上的影響等。因此，大多數(shù)窯窯口耐火材料的使用壽命制約了整臺回轉(zhuǎn)窯的運行周期。通過跟蹤統(tǒng)計近150臺回轉(zhuǎn)窯維修檔案，目前窯口耐火材料使用周期平均不到9個月，明顯低于窯內(nèi)耐火磚使用周期。

表2 不同標準同窯使用周期對比

3 提高窯內(nèi)耐火材料使用周期的條件與案例分析

3.1 落實C型磚標準進一步提高窯內(nèi)耐火磚使用周期

首先，C型耐火磚的尺寸偏差對耐火磚的施工質(zhì)量影響較大，控制耐火磚制作精度是提高窯內(nèi)耐火磚使用周期的必要條件。其次，在施工環(huán)節(jié)，一般情況下燒成帶采用干法砌筑施工，嚴格控制每一環(huán)磚的配比和相關(guān)施工參數(shù)即可。但在過渡帶和分解帶使用的是非堿性磚，一般采用濕法施工，每塊磚大面火泥厚度的控制都非常重要，應(yīng)進一步提高施工水平，開發(fā)鋪底砌磚平臺與火泥器等工具，確保施工質(zhì)量。

某公司于2016年10月開始準備C型耐火磚，2017年1月開始進入窯內(nèi)試用，到2019年11月底為止，分別在3家熟料基地的4臺回轉(zhuǎn)窯上的8個部位，長度共計45m進行了筑爐使用對比并長時間對C型磚標準進行驗證，取得了非常滿意的結(jié)果。其中，堿性磚運行周期達28個月，非堿性磚運行周期為24個月。不同標準同窯使用周期對比見表2。

從表2可見，通過不同窯相同部位或相同窯不同部位的對比，使用C系列耐火磚均取得了成功，證明C系列標準磚完全適于現(xiàn)有的耐火磚施工規(guī)范，適用性強。兩年多的生產(chǎn)運行未出現(xiàn)過抽簽、擠壓變形、擠碎掉磚、紅窯事故。窯內(nèi)相同材質(zhì)的三種不同尺寸磚型所承受的熱、熱化學(xué)、熱機械應(yīng)力相似。生產(chǎn)運行均正常，沒有出現(xiàn)波動，運行工況長期保持平穩(wěn)，燒成帶耐火磚的使用壽命遠高于現(xiàn)有標準磚。

3.2 消除機械應(yīng)力，降低窯內(nèi)耐火磚的異常消耗

多年實踐證明，當窯中心線偏離基準3mm時，就會對窯內(nèi)磚產(chǎn)生潛在的影響，當＞5mm時，就會產(chǎn)生明顯的影響，以下案例充分說明了這一點。

2017年某廠1號窯耐火材料單耗為0.645kg/t熟料，耐火材料異常消耗有3次，異常換磚43m。為降低異常耐火材料消耗，2017年9月8日～13日，對窯中心線進行檢測，檢測結(jié)果為水平偏差+2mm，垂直偏差+5mm，研究決定對窯中心線進行修復(fù)性調(diào)整。通過調(diào)整，2018年耐火材料單耗降至0.096kg/t熟料（比2017年下降0.549kg/t熟料），輪帶間隙和滑移量數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)。

因此，通過測量、調(diào)整回轉(zhuǎn)窯中心線及打磨托輪，并長期關(guān)注輪帶間隙產(chǎn)生的筒體機械應(yīng)力對窯襯的影響，在每次檢修時測量輪帶間隙，及時調(diào)整超標間隙，能夠消除回轉(zhuǎn)窯因機械應(yīng)力過大對耐火材料消耗的影響。某集團回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運行周期不斷提高，從連續(xù)運行60d不停窯，到連續(xù)運行100d不停窯，連續(xù)運行天數(shù)逐步增多，到2019年某集團連續(xù)運轉(zhuǎn)超200d的回轉(zhuǎn)窯有9條，窯內(nèi)耐火材料使用周期是實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯長時間不停窯的前提與基礎(chǔ)。

3.3 設(shè)計優(yōu)化窯口耐火材料施工方案，使窯口耐火磚使用周期與窯內(nèi)耐火磚同步

窯口優(yōu)化設(shè)計主要有以下幾個方面：

（1）錨固件的形狀有所改變，與窯筒體之間存在一定彈性，錨固件所用材質(zhì)由1Cr18Ni9Ti升級變更為0Cr25Ni20Ti。

（2）在膨脹縫預(yù)留的問題上，縮短膨脹縫與膨脹縫之間的距離，以一塊窯口護鐵作為一個單元進行澆注。

（3）選用AS-20高強防爆抗侵蝕澆注料，加水量嚴格按照AS-20澆注料理化指標進行施工。

（4）點火升溫，盡量按照升溫曲線進行升溫。

2019年，某集團有4臺窯按上述方案進行了優(yōu)化，其中在貴州某廠的1號窯，于2019年1月檢修時實施的上述窯口耐火材料優(yōu)化方案，2020年3月底進行了耐火材料更換，耐火磚實際使用周期近15個月。

3.4 做好耐火材料的日常維護

（1）從源頭抓起。嚴格控制原材料的配比和均化，改善熟料的易燒性，控制燃料和原材料的細度與硫堿等含量。

（2）升降溫養(yǎng)護。嚴格升降溫控制，任何情況下都堅決避免急冷、驟熱，明確規(guī)定升降溫速率，完全冷窯時，低溫段升溫速率必須控制在50℃/h以內(nèi)。故障停窯時，以窯保溫為主要控制原則。

（3）工藝運行穩(wěn)定。注意投料期間的工藝平穩(wěn)操作，在日常運行中，確保筒體掃描工作正常運行，密切關(guān)注筒體溫度變化，尤其是窯襯磚使用12個月以后，工藝調(diào)整以小調(diào)、微調(diào)為主，避免窯皮過厚、頻繁脫落等情況，更應(yīng)避免火焰燒磚或熟料燒流燒磚現(xiàn)象。

4 結(jié)語

隨著水泥窯用耐火材料C型磚標準的推廣，通過優(yōu)化窯口關(guān)鍵部位，創(chuàng)新窯內(nèi)施工工藝；采取對窯中心線、輪帶間隙檢測、調(diào)整及打磨托輪等系統(tǒng)保障措施，消除回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)機械應(yīng)力的不利影響；同時，著力抓好日常水泥生產(chǎn)配料、開停窯等工藝環(huán)節(jié)的管理，在“三年兩次大修”的基礎(chǔ)上完全能夠?qū)崿F(xiàn)水泥回轉(zhuǎn)窯“兩年一次大修”的目標。