延长回转窑窑头耐材寿命技术改进

2018-02-05边洪波焦东明

新技术新工艺 2018年1期

赵永，边洪波，焦东明

(淄博铁鹰钢铁有限公司，山东淄博 255000)

自2004年7月投产以来，淄博铁鹰钢铁有限公司年产60万t链篦机——回转窑球团矿生产线，由于工艺技术、设备等原因，回转窑窑头耐材的使用寿命一直不理想，在近期使用中，回转窑窑头耐材使用寿命最长仅为6个月，有时还不到4个月，常常会出现耐火材料的开裂，过早损坏，甚至脱落，严重影响了球团矿生产的顺利进行。针对上述问题，从回转窑窑头耐火材料的选择，窑头耐材产生裂纹、脱落的原因分析入手，对回转窑窑头耐材的寿命延长进行了一系列的技术改进。

1 窑头耐火浇注料

耐火浇注料的质量是提高回转窑窑头耐材使用寿命的基础，表征其质量优劣的一个最重要指标就是耐火度[1](也称最高使用温度)。在相同条件下，质量好(耐火度高)的浇注料要比质量差(耐火度低)的浇注料耐用。通过进行质量性能比较，笔者选用了山东鲁铭高温材料科技有限公司生产的棕刚玉-莫来石耐磨浇注料，其质量指标见表1。在使用最高温度为l 550 ℃的莫来石浇注料时，其使用寿命仅为3～5个月；改用最高使用温度为1 780 ℃的棕刚玉-莫来石浇注料时，其使用寿命达到了12个月，是原用耐火浇注料使用寿命的3倍多。

表1 棕刚玉-莫来石浇注料质量指标

2 窑头耐火浇注料施工质量

窑头耐火浇注料施工质量是保证其使用寿命的一个很重要的环节，包括料和水的合理配比、锚固钩材料的合理选用和改进锚固钩的结构等。

2.1 料和水的合理配比

现场施工中水的配比非常关键，在现场浇筑时，应使用强制搅拌机将浇注料搅拌1～3 min，待搅拌均匀后，加水进行混湿，加水量按质量比(料∶水=100∶(5.0～6.0))即可，混湿1～3 min即可进行振动浇筑施工[2]。

搅拌耐火材料用水应采用洁净水，其pH值为7～8。搅拌好的耐火浇注料应在30 min内浇筑完，方可达到材料的最佳性能[3]。

2.2 锚固钩材料的合理选用

为解决窑头耐火浇注料损坏过快的问题，曾一度出现过钢纤维耐火浇注料，即在打浇注料时，将碎钢丝按厂家要求混合在浇注料中一起搅拌，然后灌注。成型脱模后，浇注料中便均匀地分布着碎钢丝的骨料，以增强耐火浇注料自身的机械强度，这种耐火浇注料即称为钢纤维耐火浇注料。但由于这种浇注料对缓解其保护层的损坏作用不明显，同时给施工带来不少麻烦，因此近来使用的较少。现在窑头耐火浇注料多采用耐热不锈钢锚固钩做焊接骨料，此材料考虑了与母材相当的耐蚀性能和耐热性能。

为了增强耐火浇注料自身的机械强度，本公司回转窑锚固钩采用的是固溶温度为920～1 150 ℃、热处理温度为850～930 ℃的不锈钢1Cr18Ni9Ti材质。因窑头圈铁采用的材质为Q235，而不锈钢1Cr18Ni9Ti锚固钩与Q235焊接，符合奥氏体与异种钢对接焊缝的合金含量最好不低于奥氏体侧母材的含量要求，同时焊条型号改为A307，这样锚固钩的焊接质量得到了进一步优化。

2.3 锚固钩结构的有效改进

窑头锚固钩原来采用抛光的耐热不锈钢制作，直接焊接在窑头圈铁上，锚固钩在耐火材料浇筑完毕投入使用后，受到热膨胀，由于无膨胀空间，因而影响耐火材料的使用寿命。为此，笔者采用在锚固钩制作完成后，套上直径为10 mm的蛇皮管，消除了锚固钩受热无膨胀空间的弊端。实践证明，锚固钩结构的改进解决了窑头耐火浇注料损坏过快的问题，对延长其使用寿命也起到了很好的作用。改进后的锚固钩结构如图1所示。

图1 改进后的锚固钩结构

3 机械应力、热应力和化学侵蚀对窑头耐材的影响

对回转窑运行实践的结果表明，机械应力、热应力和化学侵蚀是造成窑头耐材损坏的3种基本方式[4]。机械应力是由于筒体变形和砖的热膨胀作用引起；热应力是由于过热和热震作用引起；化学侵蚀是由于熟料硅酸盐以及碱盐的侵蚀作用引起。其中，机械应力是最为重要的损坏因素[5]。

为有效降低机械应力，笔者曾先后试用过低碳钢、不锈钢和镍铬钢等材料制成的窑头筒体和筒体护板，其组合不少于十余种，但实际的使用效果一直都不佳。造成此现象的主要原因是窑头筒体受长期高温焙烧的影响，加上各焊接件在使用过程中受热变形不均，最终导致窑头耐材随着窑头圈铁的变形产生了裂纹，时间一长窑头耐材极易脱落。针对上述问题，采取了如下改进措施。

1)改进筒体窑头结构。为保证结构的可靠性，将原来由153个零件组装的筒体窑头改为由12件半径为2 045 mm的护板组成的筒体，并把密封筒改为喷淋水冷却筒，使筒体降温；原伸入热烟室内的筒体长度由1 100 mm缩短为550 mm，以减少热传导。

2)加强筒体窑头护板结构强度。一般的窑头结构由筒体、护板(见图2)和浇注料组成，筒体、护板两者由4颗螺栓联接固定在一起形成整体。实践证明，筒体窑头变形大、护板螺栓松动是浇注料脱落的重要原因。为了加强筒体窑头护板结构强度，设计制作了108件不锈钢增强锚固钩，焊接在窑头护板上，增大了耐材与窑头钢构件的连接面积和强度。锚固钩与窑头钢构件的连接如图3所示。

图2 护板结构

图3 锚固钩与窑头钢构件的连接

3)改进窑头密封效果。在烧结矿煅烧工艺过程中，窑头所处位置极为特殊，并且随窑体快速转动，遭受温度冷热更替快速变化的影响，该部位的密封是生产中需要重点关注及维护的部位。原鱼鳞片安装采用螺栓紧固后，用钢丝绳拉紧，长时间运转后，受高温影响，钢丝绳松动、失效，造成鱼鳞片松动，起不到窑头密封的作用。为保证窑头密封的效果，对窑头的鱼鳞片进行了改进：鱼鳞片增设环状铁环，并加装拉簧装置，如果出现松动，可以调整拉簧来对钢丝绳进行拉紧，保证窑头密封效果。

4)改进窑头冷却效果。设备长期使用后，其冷却效率有所降低，为此，在不影响回转窑转动的前提下，对现有的冷却风支管进行了加长，使冷却风机产出的风能够及时进入冷风罩内，以对窑头部位进行均匀冷却，保证窑头的冷却效果。