提高预分解窑烧成带碱性砖使用周期的措施*

2016-03-27赵晓东

新世纪水泥导报 2016年5期

关键词：耐火砖表面温度碱性

赵晓东

重庆电子工程职业学院建筑与材料学院，重庆 401331

提高预分解窑烧成带碱性砖使用周期的措施*

赵晓东

重庆电子工程职业学院建筑与材料学院，重庆 401331

正确选用碱性砖的砖型、供货及验货方式、烘窑燃料是提高碱性砖使用周期的基础；正确监控窑筒体表面温度，有效控制烧成带窑皮及碱性砖的厚度，有利于提高预分解窑的运转率；正确控制预分解窑的烘窑升温曲线及冷窑降温曲线，防止碱性砖骤然温度剧变引起炸裂和剥落，有利于提高碱性砖的运转周期。

预分解窑碱性砖筒体表面温度升温曲线降温曲线

0 引言

我国预分解窑烧成带碱性砖的使用周期一般是8个月，熟料砖耗为0.30～0.40 kg/t。如果碱性砖的使用周期达到10个月，窑的运转率将提高1.10%，每4年可减少1次16天的大修。按2015年全国预分解窑生产熟料13.35亿t计算，每年多产熟料1 500万t，节约碱性砖30万t，创经济效益20亿元。所以研究提高预分解窑烧成带碱性砖使用周期的措施具有现实的生产意义。

1 预分解窑烧成带碱性砖的使用现状

镁铬砖具有价格低廉、使用周期长、易于粘挂窑皮等优点，我国超过60%的预分解窑烧成带都在使用镁铬砖。镁铬砖具有较强的耐高温性能，但热震稳定性、抗碱蚀能力相对较差，在窑皮频繁更替或没有窑皮作为屏障的部位，镁铬砖容易受到液相碱盐的侵蚀而使结构遭到破坏，因此要正确监控窑筒体表面温度，有效控制碱性砖的厚度、烧成带窑皮的长度及厚度。镁铬砖的膨胀系数较大，烘窑时要正确控制升温曲线，发挥窑筒体的膨胀补偿作用，避免产生过大的膨胀应力；冷窑时要正确控制降温曲线，逐步实现慢冷降温，防止温度骤然剧变引起砖表面炸裂和剥落。但实际生产中，很多水泥企业基于节约生产成本，难以接受10～20 h的烘窑时间，不执行正确的烘窑升温曲线，烘窑时间控制过短，甚至根本没有烘窑操作，不是使用柴油作为烘窑燃料，仍以煤粉作为烘窑燃料，烘窑过程的升温速率过快，镁铬砖产生过大热应力而使结构遭到破坏；更换（挖补）镁铬砖时也不执行正确的冷窑降温曲线，直接开启窑尾高温风机进行快速冷窑，造成镁铬砖的表面断裂和剥落损坏，大大降低镁铬砖的使用周期。

2 提高预分解窑烧成带碱性砖使用周期的措施

2.1 正确选用标准化型砖

搭配使用标准化型砖，能够满足不同窑径的砌筑要求，大大减少水泥企业所需耐火砖的种类及储存量，缩短耐火砖的储存周期；能够简化耐火材料生产厂家的技术与生产管理，缩短交货周期，降低生产成本和销售价格，少数几家大型耐火材料厂就能供应所有水泥企业不同窑径的耐火砖，实现耐火材料生产厂家与水泥生产企业的双赢。

B型砖（VDZ）是71.5 mm 的等腰砖，是碱性砖的标准化型砖，其砖体较小，每环砖的砌缝较多，可产生至少0.4% 的膨胀补偿，加上窑筒体的膨胀补偿，可以达到0.6%～0.8%，相当于普通镁铬砖热膨胀率的50%～60%，有利于缓解点火升温产生的热应力，是预分解窑烧成带的首选用砖。

2.2 正确选择碱性砖的厚度

预分解窑的生产实践证明，在烘窑过程中，碱性砖的冷端有80 mm～100mm的低应力厚度区，越过该区后热应力陡增，完全超过碱性砖的结构强度，使砖产生开裂及炸裂现象。频繁开停车的回转窑，使用厚度为200 m m的B型碱性砖，距热端100 mm以内的区域，在烘窑过程中会产生较大的热应力，而剩余的100 mm部分，却还能用较长一段时间。因此，对频繁开停车的回转窑来说，B型碱性砖的厚度选180 mm比选200 mm 更经济实用。

2.3 正确选择供货及验货方式

回转窑使用的碱性砖价格比其他种类的耐火砖价格都高，碱性砖一般都采用托盘集装箱包装，并加塑料薄膜进行防潮，以保证其使用效果。因此水泥企业要和生产厂家签订协议，来货后应整箱卸车，整箱入库保管，整箱吊运至窑头平台，到使用时再开箱检验、砌筑。只要在保质期内，开箱检查出的质量问题，生产厂家应予承认并负责解决，这样可充分利用出厂时包装保护，减少保管及搬运过程中的损坏。

2.4 正确管理砌筑环节

预分解窑完成检修试车后才能砌筑碱性砖，砌完砖到点火升温前不允许有过多的翻窑时间。因为碱性砖表面并不规整，如果翻窑的时间较长，就会使砖松动、缝隙增大，每环上方的砖就要下沉，这时不论采用加铁板处理，还是采用加砖处理，相当于减小了烘窑期间膨胀补偿的缝隙，增大了烘窑期间碱性砖热面的膨胀挤压应力，减小了碱性砖的使用寿命。

2.5 正确使用烘窑燃料

碱性砖在1 000 ℃时的热膨胀率大约为1.0%～1.2%，可产生300 MPa的压应力，相当于10倍普通镁铬砖的结构强度，6倍直接结合镁铬砖、白云石砖和尖晶石砖的结构强度，可使任何一种碱性砖遭到结构破坏。因此在烘窑升温过程中，一定要控制升温速度，尤其是砖面温度达到300～1 000 ℃的区域内。

使用煤粉进行冷窑点火烘窑，升温速度不易控制，因为窑内和二次风温度都很低，煤粉燃烧速度和火焰传播速度都较慢，当达到煤粉着火温度并形成火焰时，煤粉燃烧放出的热量大大超过烘窑所需热量，并且升温速度无法控制，1 h之内砖面温度就会升到500 ℃以上，致使碱性砖遭到膨胀挤压而损伤。使用柴油进行烘窑，升温速度就很容易控制，因为喷油压力控制在1.0～2.0 MPa，喷油量可以在100～1 000 kg/h范围内任意调节，升温速度可以控制在30～50 ℃/h，完全满足碱性砖的升温技术要求。开始烘窑时使用柴油，当窑尾温度达到250 ℃后采用油煤混烧，砖面温度超过1 000 ℃后再改为烧煤，能够较好地控制烘窑升温过程。

2.6 制定正确的烘窑升温曲线

烘窑就是在点火投料前，对回转窑、预热器、分解炉等热工设备内衬砌的耐火材料进行烘干，避免由于直接点火投料升温过急而使耐火衬料内的水分骤然蒸发，引起耐火砖炸裂和剥落。根据耐火砖的种类、厚度、含水量及砌筑量等因素，制定合理的烘窑方案，是提高耐火砖运转周期的关键。

（1）烧成带换砖量L＜10 m，窑系统更换、修复浇注料量不多，烘窑时间控制14 h，其升温曲线如图1所示。

图1 烘窑时间为14 h的升温曲线

（2）烧成带换砖10 m≤L＜20 m，或者过渡带以后换砖长度L≥20 m，烘窑时间控制16 h，其升温曲线如图2所示。

图2 烘窑时间为16 h的升温曲线

（3）烧成带换砖L≥20 m，或窑口、窑尾更换浇注料时，烘窑时间控制18 h，其升温曲线如图3所示。

（4）窑内未换砖且停窑在24～48 h之间，烘窑时间控制10 h（停窑期间如遇雨雪天气，升温时间可延长至12 h），其升温曲线如图4所示。

（5）临时停窑24 h以内的烘窑升温：临时停窑4 h以内，可以不考虑烘窑升温操作；临时停窑4～12 h之间，按停窑时间的1/2进行烘窑升温操作；临时停窑12～24 h之间，按1/3停窑时间进行烘窑升温操作。

图3 烘窑时间为18 h的升温曲线

图4 烘窑时间为10 h的升温曲线

2.7 制定正确的冷窑降温曲线

（1）预分解窑、预热器及分解炉等热工设备不更换耐火砖及浇注料时，煅烧系统不需执行冷窑降温制度，让其处于自然冷却状态。

（2）窑内挖补耐火砖，原则上控制冷窑时间不得低于30 h；烧成带、过渡带或分解带换砖长度L＜10 m，且系统更换或修补浇注料不多（检修3～4 d），控制降温时间30 h，其冷窑降温曲线如图5所示。

图5 冷窑时间为30h的降温曲线

（3）烧成带、过渡带或分解带大量换砖，预热器及分解炉系统更换修补较多的浇注料（检修7～10 d），控制降温时间20 h，其冷窑降温曲线如图6所示。

2.8 正确控制窑皮的厚度

预分解窑内火焰的温度可以达到1 700 ℃及以上，如果没有窑皮的保护，碱性砖极易因砖内温差应力大于结构强度而发生炸裂和剥落。窑皮的导热系数为1.63 W/ (m﹒k)，碱性砖的导热系数为2.67～2.97 W/(m﹒k)，如果能保持厚度200 m m左右的窑皮，碱性砖的热面温度可降低到600～700 ℃，热面层的膨胀率只有0.6%～0.7%；如果没有窑皮保护，碱性砖热面层的膨胀率可达1.5%及以上，砖内温差压力达到60～70 MPa，超过了碱性砖的结构强度，导致碱性砖产生裂纹、炸裂，甚至随窑皮一起剥落。如果窑皮厚度达到300 mm，尽管对碱性砖的保护作用增加，但降低了烧成带的容积热力强度，影响窑的产量、质量等生产指标。所以，窑皮的理想厚度应该控制在200 mm左右。

图6 冷窑时间为20 h的降温曲线

2.9 正确监控窑筒体表面温度

窑筒体表面温度是判断烧成带位置、窑皮厚薄、窑内有无结圈等的重要依据。当烧成带的筒体表面温度降低到200 ℃时，说明烧成带形成了长厚窑皮，甚至已经产生了后结圈。当烧成带的筒体表面温度升高到360 ℃时，说明高温处的窑皮已经部分脱落，耐火砖的厚度至多有80 m m～100 m m；温度升高到380 ℃时，表明耐火砖的厚度至多50 mm～60 mm，筒体有轻微红的迹象；温度升高到400 ℃及以上时，表明耐火砖已经完全脱落，筒体已经明显变红，不仅会留下永久黑疤，还会产生永久的凸凹变形，严重影响耐火砖的砌筑。因此，操作中一定要加强对筒体表面温度的监控，发现其升温到360 ℃，就要及时调整火焰的高温区，补挂已经脱落的窑皮，防止发生掉转红窑事故。

2.10 正确认识提高设备运转率的生产意义

设备长期安全运转是严格执行点火升温制度和停窑冷窑制度的基础。若回转窑每次点火升温后都能保证正常运行一个月、甚至几个月的时间，那么用于点火升温的时间和费用就会变得无足轻重；若设备运转状况不好，每个月都有几次甚至十几次的停窑，就不可能严格地执行点火升温和停车冷窑制度。因为频繁地停窑，每次都用十几个小时的时间来烘窑，从烘窑的时间到费用，水泥企业都承受不起。因此，事故频繁的预分解窑，其碱性砖的使用寿命都不会太长，相反，运转率达到90%及以上的预分解窑，其碱性砖的运转周期都比较理想。