一、无论是湿法窑还是新型干法回转窑,在燃料煅烧过程中,由于窑内气体温度比物料湿度高的多,窑每旋转一圈,窑衬表面受到周期性的热冲击,温度变化幅度为℃-℃,在窑衬10mm-20mm表层范围内产生热应力,窑衬还承受由于窑的旋转而产生的砖砌体交替变化的径向和轴向机械应力,以及煅烧物料的冲刷磨损。由于同时产生硅酸盐熔体,在高温环境下很容易与窑衬耐火砖表面相互作用形成窑皮初始层,并同时沿耐火砖的孔隙渗入到耐火砖的内部,与耐火砖粘结在一起,使耐火砖表层10mm-20mm范围内的化学成分和相组成发生变化,降低耐火砖的技术性能。
当物料的烧结范围较窄,或者形成短焰急烧产生局部高温时,会是窑皮表面的最低温度高于物料液相凝固温度,窑皮表面从固态变为液体而脱落,并且由表及里深入到窑皮的初始层,连同耐火砖表面薄层一起脱落,过后又形成新的窑皮初始层,当这种情况反复出现时,烧成带窑衬就逐渐由厚变薄,甚至完全脱落,导致局部露出窑筒体而红窑。实际上烧成带窑衬损坏情况正是如此,在高温区域残砖厚度大体上呈曲线率半径较大的弧线分布,有时弧低就落在窑筒体的内表面上。
二、耐火砖的保护
1、耐火砖物理性能的影响
抗渣性是指耐火材料抵抗化学侵蚀的能力,在形成回转窑皮初始层以及当物料粘性大或产生局部高温促使窑皮脱落情况下,抗渣性就显得非常重要。
孔隙率及导热系数,对于形成窑皮初始层有着重要的作用,并且在回转窑皮局部脱落时,孔隙率和导热系数较大的耐火材料有助于回转窑皮的及时补挂,但同时又有可能表现出极大地破坏作用,使耐火砖剥离的薄层脱落。
耐火砖在其生产过程中,其物理化学变化一般都未达到烧成温度下的平衡状态,也有烧成不充分的耐火砖,因而在回转窑作用中再受高温作用时,大多数的耐火砖由于其本身液相的产生及孔隙的填充,发生不可逆的重烧收缩。因此,高温体积稳定性,在选用烧成带耐火砖是必须予以考虑。
热表面层状是回转窑设备烧成带回转窑衬经受热震后损坏的主要形式;若是同时发生局部回转窑皮脱落,就会使耐火砖使用寿命大为缩短。
2、燃烧与燃料喷嘴对耐火砖的影响
用煤作燃料时,煤的挥发分和灰分起着决定性的作用,直接影响火焰形状,挥发分较高而灰分较低的煤粉,可使黑头缩短,形成低温长焰燃烧,对保护回转窑衬一般是有利的,但挥发分过高,着火太快,是出回转窑熟料温度高达℃以上,二次风温超过℃,极易烧坏喷嘴,使其变形烧破出现缺口,产生絮乱的火焰形状,在其被更换之前就损害了回转窑衬,煤的挥发分过低(小于0%),灰分太高(大于28%),大量煤粉的不完全燃烧就会沉降在物料内燃烧并放出大量的热也会损伤窑皮。
3、生料成分波动对耐火砖的影响
当铝率过高,液相粘度大时,回转窑皮大量垮落,操作上不易控制,对保护回转窑衬不利,生产实践中铝率一般控制在1.3-1.6;当采取高饱和比、高硅率、抵液相配料是易产生黏散料冲刷、磨蚀回转窑皮使回转窑薄严重时损伤回转窑衬,熟料三率值一般控制在KH0.91±0.01,硅率2.6±0.1,铝率控制在1.3-1.6之间,对保护耐火砖使用寿命和提高熟料强度极有益处。
生料喂料用量的波动对回转窑衬的危害较大,当回转窑内来料太多时,就不得不关小回转窑尾排风量,加大煤粉用量进行逼火强烧,使烧成带热负荷迅速增加,使回转窑衬受到严重损害,当回转窑内来料太少时,煤粉火焰明显下倾,该区的回转窑皮在高温下就会脱落、变薄,扑向较薄的料层,多不及时调整风量和用煤量,极易烧坏回转窑皮和耐火砖。另外,生料喂料量的波动又会导致回转窑内热工制度不稳定,温度过大使回转窑皮受损或脱落。
4、机械损坏对耐火砖的影响
低于托轮处的砖受挤压,位于窑筒顶部的砖受窑皮重量和自重带来的拉伸,砖在窑内受到的是压、拉、扭、剪得综合机械应力。回转窑的转动,简体椭圆度,衬砖与筒体之间及砖与砖之间的挤压、扭动、窑筒体变形,都会在砖衬之间产生机械应力,当筒体与轮带间隙使窑体椭圆度增大,衬砖交变应力增加,轮带部位所受的机械应力最为严重,以某一回转窑设备使用工厂为例子,该厂在更新砖后曾发生筒体弯曲,剧烈振动加上窑衬时有局部过热,引起筒体变形挤压内衬,而且托轮调整费时间较长,在距离回转窑设备前6米三号轮带发生红窑,耐火砖在一个部位大面积脱落,补挖后,调整托轮使窑体不再振动,比后未发生红窑现象。
5、急冷急热对耐火砖的影响
碱性膨胀系数大,在升温过程中产生巨大热应力,因此在烘窑时升温窑慢,使窑体膨胀补充砖发挥窑体补偿作用,这是使用碱性砖的关键所在,但在实际生产中难以接受10-20几个小时的烘窑时间,发现问题时直接进行快速凉窑,冷却后进窑可发现没有窑皮的镁铬砖发生剥落损坏,硅莫砖全部发生表面剥落,断裂处表面坚硬,有的断片明显张挂在砖上。烧成带的镁烙砖由于窑皮缓冲了升温波动,损伤较小,检修后为了抢产量要求快速冷窑必然导致砖的损坏,为二次胴体温度升高埋下了诱因,耐火砖事故频繁。
6、燃料的变化对耐火砖的影响
只有在工况稳定的窑上,砖衬上才能粘附和维持坚实的窑皮,窑衬的寿命才能得以保证,而热工制度的温度又要求原燃料的温度,由于煤的供应困难,煤的灰分从32%-45%之间变化,起初为了适应高灰分煤,入窑生料饱和比较高,检修后投料,窑皮在20n左右,镁铬砖完全在窑皮之下,但由于煤质的波动,窑皮末端频繁粘挂和脱落,与砖密合粘符在砖上形成机械锚固的窑皮脱落时连带砖体层一同剥落,窑皮较厚,液相量较少的生料在此处冲刷耐磨蚀镁砖,回转窑设备耐火砖寿命大幅缩短。
烧成带采用直接结合镁铬砖主要是由于直接结合镁铬砖耐高温,易挂窑皮,但是由于砖内硅酸盐含量极低(0.5%-2.5%Si02),砖内方镁石,尖晶石主要是由于直接结合,硅酸盐相孤立存在间隙中,被方镁石、尖晶石晶粒包围,抗高温性能提高,但显微结构韧性很差,使砖的热震稳定性,抗碱蚀能力和抗氧化与还原气氛变化能力相当降低。
耐火砖的保护作用
特别在开停较频繁的窑上使用,寿命大为缩短,没有窑皮作为屏障的镁铬砖,表面温度随窑况变化,窑皮频繁更替,会使膨胀系数较大的镁铬砖发生热疲劳,化学侵蚀,液相碱盐的渗入使砖结构恶化,降低抗热疲劳性能,使胴体温度在此几环镁铬砖处不断升高,最终红窑,为了补窑皮在胴体表面喷水强制在火砖上形成窑皮,但回转窑衬没压应力补偿作用消失,不利于砖衬寿命,加之,砖体太薄不能形成稳定窑皮,多次红窑,只有进窑挖补,砖最博处只有40cm左右,在窑口2cm处的镁铬砖也出现过类似的情况。
入窑生料饱和比稳定适中,但煤灰分较大,是烧成带形成低温窑皮,疏松多孔不牢固,当煤灰分突然降低,而喷煤管行走机构故障,喷煤口与回转窑口平齐,不能送入窑内,使窑口温度升高,窑口圈脱落,低温窑皮不稳定,加上熟料粉尘冲刷、侵蚀,以及窑内几十米砖的挤压,使2m处的异型砖发生断裂、掉砖、红窑。