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隨著環(huán)保意識和標(biāo)準(zhǔn)提高，我公司水泥窯用耐火磚由鎂鐵尖晶石耐火磚替代了直接結(jié)合鎂鉻耐火磚，以降低Cr6+對環(huán)境的影響。但與直接結(jié)合鎂鉻磚相比，鎂鐵尖晶石磚具有導(dǎo)熱系數(shù)大，掛窯皮性能差等缺點，造成使用周期短，筒體溫度高和紅窯等問題。經(jīng)過持續(xù)調(diào)整優(yōu)化，今年我公司燒成帶鎂鐵鋁尖晶石磚實現(xiàn)安全運行2年的業(yè)績，現(xiàn)將調(diào)整經(jīng)驗整理如下，供同行參考。
耐火磚使用情況簡述
我公司4000t/d熟料生產(chǎn)線于2008年12月點火，投產(chǎn)運營。Φ4.6m×68m回轉(zhuǎn)窯配置鎂鋁尖晶石、鎂鐵尖晶石和硅莫磚三種水泥窯用耐火磚，窯口和窯尾采用不定型耐火材料，設(shè)計院對窯內(nèi)用磚配置情況見圖1。
圖1 窯內(nèi)用磚配置情況
鎂鋁尖晶石和鎂鐵尖晶石應(yīng)用于燒成帶，代替直接結(jié)合鎂鉻磚，兩者相比，鎂鋁尖晶石和鎂鐵尖晶石掛窯皮性能差，導(dǎo)熱系數(shù)大。生產(chǎn)常出現(xiàn)燒成帶耐火磚使用6~8個月時出現(xiàn)高溫點，集中在燒成帶兩端，距窯口0.8~3m處和18~23m處，每年均要進行挖補處理，才能勉強維持到年度大檢修，影響窯連續(xù)運轉(zhuǎn)。
存在的問題分析
2.1 窯口0.8~3m處損壞原因分析
每次窯口出現(xiàn)高溫、紅窯停機時，此處窯皮薄薄一層，耐火磚整體剝落嚴(yán)重，一般在5cm左右，局部甚至已經(jīng)沒有磚，可見筒體，沒有錯位現(xiàn)象。分析認(rèn)為此處位于燒成帶與冷卻帶結(jié)合部，溫度波動較大，窯皮不穩(wěn)定，漲掉頻繁，加之出窯熟料的磨損，引起耐火磚剝落而損壞，需要調(diào)整配磚。
2.2 18~23m處損壞原因分析
因礦山石灰石氧化鎂較高，熟料氧化鎂平均在5.0%左右，具體成分見表1。從表1中可知，熟料液相量達(dá)到29.29%，結(jié)皮值達(dá)到40.82%，均超出最佳控制值的上限(上限值分別為26%和37%)，而窯在16~17m處存在厚窯皮和結(jié)圈現(xiàn)象，此處位于后燒成帶，溫度相對較低，窯皮不太穩(wěn)，加之前面有圈，熟料在此磨損加劇耐火磚的損壞。
采取的措施
考慮到礦山石灰石氧化鎂高的現(xiàn)狀無法改善，應(yīng)從鎂鋁尖晶石和鎂鐵尖晶石耐火磚性能入手制訂配磚和磚的指標(biāo)優(yōu)化等工作，措施如下。
3.1一窯一設(shè)計，優(yōu)化配磚，充分發(fā)揮各品種耐火材的性能
根據(jù)耐火材料廠家使用時間較長的客戶實際配磚情況，對窯內(nèi)配磚進行了調(diào)整。窯口鎂鋁尖晶石磚用硅莫磚1680和鎂鐵尖晶石磚代替，結(jié)合熟料氧化鎂較高，窯皮不穩(wěn)定，加之鎂鐵尖晶石磚掛窯皮性能沒有直接結(jié)合鎂鉻磚好，燒成帶磚縮減1m?？紤]節(jié)能，后過渡帶使用低導(dǎo)熱抗剝落耐火磚，具體配磚圖見圖2。同時，對鎂鐵尖晶石磚的部分理化指標(biāo)進行了局部調(diào)整，推薦使用鎂鐵鋁尖晶石耐火磚，兼顧鎂鐵尖晶石和鎂鋁尖晶石的優(yōu)點，保證掛窯皮性能基礎(chǔ)，提高磚的強度和耐磨性能。
圖2 優(yōu)化后耐火磚砌筑圖
3.2優(yōu)化配料方案，促進窯皮平整，增強掛窯皮性能
窯皮質(zhì)量好壞，決定著燒成帶耐火磚使用壽命，文獻[1]詳細(xì)闡述了耐火材料的損壞機理及窯皮的作用。在正常厚度窯皮保護下，堿性磚磚面溫度可由1400~1450℃降到600~700℃，襯磚處于極安全的狀態(tài)，甚至厚度僅23mm的窯皮也可使磚面溫度由1450℃降到約1230℃。在窯皮保護下，堿性磚內(nèi)溫度梯度顯著地平緩，磚內(nèi)滲入物層顯著變薄，磚的變質(zhì)損壞也輕。
熟料液相量是形成窯皮的基本因素，C2S的熔入促進窯皮強度的增大，F(xiàn)e?O?能顯著降低燒結(jié)溫度和液相粘度，三者都促進窯皮的形成。當(dāng)結(jié)皮值<30%時，窯皮往往難以形成;當(dāng)結(jié)皮值為33%~37%時，窯皮較易形成;當(dāng)結(jié)皮值>40%時，就會形成大塊料和結(jié)圈。結(jié)皮值可通過下式計算：結(jié)皮值=液相量+0.2C?S+2Fe?O?，可以看出，熟料中Fe?O?具有雙重影響，降低Fe?O?成分，可同時降低液相量和結(jié)皮值，且對配料調(diào)整較為容易，操作性強。故采用低鐵配料方案，結(jié)皮值控制在區(qū)間中間值(35.43%)，優(yōu)化后的成分見表1。
表1 熟料化學(xué)全分析
3.3 制定降溫曲線
水泥行業(yè)升溫均制定了升溫曲線，但降溫時，關(guān)注較少。由結(jié)皮值公式可知，C?S是促進窯皮強度的關(guān)鍵，但是C?S礦物存在晶型轉(zhuǎn)變，在400~600℃時冷卻較慢時，容易轉(zhuǎn)變?yōu)棣眯停茐母G皮，引起耐火磚的剝落。因此臨時停機時要注意此區(qū)間降溫速率，制定降溫曲線(見圖3)，保護好窯皮，延長磚的使用壽命。
圖3 計劃停窯降溫曲線
降溫曲線目的是控制降溫速率，防止出現(xiàn)過渡帶硅莫磚爆頭剝落和燒成帶窯皮脫落而引起鎂鐵鋁尖晶石磚剝落等方面損壞，從而促進使用周期。
3.4 窯口澆注料的維護
窯口澆注料與第一排硅莫磚接觸，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)窯口澆注料損壞時，第一排硅莫磚造澆注料側(cè)很短時間就會產(chǎn)生剝落，甚至出現(xiàn)斷層、斷角現(xiàn)象，從而產(chǎn)生紅窯停機。窯口澆注料損壞經(jīng)常出現(xiàn)直徑方向整體脫落現(xiàn)象，脫落處沒有發(fā)現(xiàn)殘留耙釘。經(jīng)分析認(rèn)為是部分耙釘焊接不牢，或是焊條在現(xiàn)場時間長，烘干后再吸水，引起局部澆注料脫落時，連帶周邊澆注料脫落。因此采取新型耙釘結(jié)構(gòu)和澆注料敞開式施工工藝，具體情況見圖4。
耙釘由方塊底座和U型鋼條組成，材質(zhì)均為耐熱鋼，方塊底座滿焊，比原來耙釘相比，焊接面增加，更加牢固。U型鋼條穿進方塊底座中心圓孔，點焊連接，消除應(yīng)力。窯徑向周長分成24等份，600mm間距，兩側(cè)用鋼板固定，進行澆注窯口澆注料，澆注好等初凝后，在工作面布置排氣孔，然后進行保溫養(yǎng)護。完成后進行下一塊施工，依次類推。敞開式施工工藝，雖然進度較慢和表面不平整，但是，從生產(chǎn)實踐看來，使用一年來沒有出現(xiàn)整環(huán)脫落現(xiàn)象，質(zhì)量較好。
3.5 噴煤管的維護
噴煤管對窯口磚的影響很大，曾出現(xiàn)過兩起事故，一起是廠家內(nèi)旋風(fēng)頭備件尺寸出現(xiàn)偏差，造成內(nèi)風(fēng)風(fēng)速過快，火焰散，窯口硅莫磚一圈出現(xiàn)很深的槽;另一起是窯口硅莫磚出現(xiàn)3處大面積深坑現(xiàn)象，分析認(rèn)為是內(nèi)外風(fēng)比例不當(dāng)，火焰不穩(wěn)定，沒力發(fā)飄，也有可能是定位不當(dāng)。煤管位置和火焰形狀建議以保證耐火磚安全運行為前提，盡量保守性微調(diào)為宜，細(xì)節(jié)著手，精心維護，延長耐火磚壽命。
開窯前需要保持煤管端面干凈，并對其尺寸進行測量核準(zhǔn)，查看端面澆注料平整度，定位數(shù)據(jù)要精確，窯內(nèi)位置與煤管外部(X和Y軸向)刻度的對應(yīng)做好記錄和標(biāo)識。運行中，每班必須對噴煤管進行一次端面結(jié)焦清理，穩(wěn)定火焰形狀;對噴煤管上部積料和下部胡須清理，防止長時間頭部彎曲變形，改變火焰方向。
小結(jié)
使用鎂鐵鋁尖晶石耐火磚，兼顧鎂鐵尖晶石和鎂鋁尖晶石的優(yōu)點，在掛窯皮性能不變的情況下，增加了磚的強度和耐磨性能。優(yōu)化磚的實物質(zhì)量和窯內(nèi)配磚是基礎(chǔ)，窯皮維護是關(guān)鍵。日常生產(chǎn)中要關(guān)注結(jié)皮值，做到窯皮平整，避免結(jié)圈結(jié)蛋等工藝事故。同時關(guān)注升溫、降溫過程，及澆注料和煤管運行狀態(tài)，細(xì)節(jié)著手，精心維護，均可提高窯內(nèi)燒成帶的耐火磚的使用周期。
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