预分解窑耐火砖砌筑配比失调问题的探讨

陈友德，倪金妹，武晓萍，刘薇薇

1 概述

当回转窑采用同一砖型中的两种不同尺寸耐火砖进行砌筑时，经常出现每一圈所需耐火砖的计算数量和实际砌筑时的使用数量有差别的情况，造成现场施工时缺少某种型号耐火砖，影响施工进度。为满足现场用砖需求，往往不得不在现场多准备一些耐火砖，但这样处理，又会因为砖多了而造成积压浪费，以上情况称之为耐火砖配比失调。

近年来，回转窑的窑径越来越大，施工现场耐火砖配比失调问题越来越严重，现就此问题进行探讨，并提出解决办法，供有关人员参考。

2 耐火砖配比失调计算分析

耐火砖配比失调是指在窑内用耐火砖进行砌筑时，当一圈砖的锁缝缝隙尺寸大于耐火砖大端尺寸时，则须多配置一块砖，这种情况就是耐火砖配比失调。为说明问题，本文将一圈砖砌筑时所出现的锁缝尺寸设为m，除以砌筑的两种耐火砖中较大耐火砖的大端尺寸A，当m/A值接近或大于1时，就会出现耐火砖配比失调问题。m/A值越大，则配比失调问题越严重；m/A值越小，则配比失调问题越少。现将三种不同砖型（VDZB型、ISO型、C型系列砖）的有关配比失调计算情况叙述如下：

为便于说明问题，本文对三种砖型每一环圈所需砖数的计算，按年承接数百台回转窑耐火砖砌筑和检修任务的重庆良友筑炉公司的计算方法进行计算，结果见表1、表2。

表1 H200mm三种标准系列砖锁砖缝计算值（φ3.4～4.3m）

表2 H220mm三种标准系列砖锁砖缝计算值（φ4.2～5.2m）

3 造成耐火砖配比失调的主要因素

造成耐火砖配比失调的主要因素有窑的直径变化和窑筒体因热机械应力而变形，这两种因素是不可改变的因素。此外，耐火砖砖形尺寸大小、砖形尺寸精度误差及砖型形状等也会对配比失调产生影响。

为便于比较，窑径变化设为m1/A，砖形大端尺寸变化设为m2/A、砖形尺寸精度设为m3/A、砖型形状影响设为m4/A。现将上述有关预分解窑在砌筑过程中影响配比失调的因素简述和比较如下：

3.1 预分解窑窑径变化影响

3.1.1 回转窑直径增大影响（表3）

回转窑直径越大，砌筑一圈砖时所需的砖块数量越多。当窑径从φ3.4m增大至φ5.2m时，砌筑一圈VDZB型砖时所需的砖块数量从140块增至219块。按国内现有耐火砖生产厂家精度误差为±1.0mm计算，锁砖缝缝隙最大累计值从±140mm增至±219mm。将锁砖缝缝隙尺寸最大累计值m1除以VDZB型砖大端尺寸A（76.5mm），则m1/A值从±1.83增至±2.86。也就是说，同一砖型砖的数量随窑径增大而增多，而在同一砖形尺寸精度下，配比失调相应增加。

3.1.2 筒体变形影响

预分解窑在生产运行过程中，耐火砖和金属筒体均受窑料化学应力的影响，以致于筒体内径因腐蚀而增大。为了应对筒体内径不规则的增大变化，通常在进行耐火砖砌筑时，根据现场情况，适当增加锁砖缝钢板即可。筒体承受的另一应力是热机械应力，会导致筒体产生椭圆度变形，在一定程度上影响耐火砖砌筑时配比失调。椭圆度变形越大，则配比失调影响越多。由于各窑所承受的热机械应力不一，其椭圆度变形也不一致，很难计算椭圆度变形准确数值，只能在考虑m/A值时，按筒体变形大致情况，酌情考虑耐火砖备用系数。

3.2 耐火砖大端尺寸、砖形尺寸精度、砖型形状影响

3.2.1 耐火砖大端尺寸影响（m2/A）

由表3可以看出，耐火砖大端尺寸增加，则m2/A值相应降低，在一定程度上影响了配比失调数值。以窑筒体φ4.8m为例，VDZB型砖的m2/A值为2.63，C型系列砖为2.18，ISO型砖因大端尺寸为103mm，m2/A值仅为1.42。上述数值表明，砖的大端尺寸越小，则m2/A值越大，越易造成配比失调，这是砌筑时，VDZB型砖配比失调较ISO型砖多的原因。

表3 回转窑不同窑径、不同砖型尺寸对配比失调的影响（m1/A、m2/A）

3.2.2 耐火砖尺寸精度误差的影响（m3/A）

耐火砖尺寸精度误差累计值对配比失调影响见表4。现国内市场所使用的耐火砖中，国外耐火砖厂生产的耐火砖尺寸精度较高，配比失调问题较少。而国内生产的耐火砖大小端尺寸精度控制值为±1.0mm，计算结果是三种不同砖型的m3/A累计值均＞1.0。此值表明，三种砖型在砌筑时均会出现配比失调，难于满足砌筑和生产运行需求，必须将耐火砖现生产尺寸精度提高，才能满足砌筑需求。事实上国内有些耐火砖生产厂家已将制造精度提高，有利于砌筑和生产运行。

表4 三种耐火砖尺寸不同精度误差对配比失调的影响（m3/A）

长期砌筑和生产实践表明，制造精度差的耐火砖，不仅在砌筑时会出现配比失调，且在生产运行中易出现掉砖红窑事故。为此，在C型系列砖标准制订过程中，结合我国耐火砖制造工艺装备现状，提高了C型系列砖偏差控制参数，十分有利于C型系列砖的砌筑和生产应用，C型系列砖偏差控制参数见表5。

表5 C型系列砖偏差控制参数（部分）*

C型系列砖标准将大小端尺寸精度从±1.0mm提高至±0.5mm，也即精度提高了1倍。由表4可知，VDZB型砖和C型系列砖的砖形尺寸偏小，即使精度控制在±0.5mm，最大累计偏差仍有相当多的耐火砖m3/A值＞1，砌筑时仍会出现配比失调，而砖形尺寸较大，m3/A值＜1，配比失调少些。但型砖体太重，砌筑时工人易出现疲劳，影响施工质量。

若要再提高砖形尺寸精度，国内装备技术将会遇到一定困难。为此，C型系列砖标准中，明确碱性砖10块砖的累计圆弧差值应≤3mm（相当于尺寸精度±1.0mm的0.3倍），则配比失调在砌筑时必将减少。规定铝硅质C型系列砖的10块砖的累计圆弧长度差值6mm，若将其他累计误差一起考虑，大多数不同直径窑内铝硅型系列砖的m3/A均＞1，可能仍存在配比失调问题。这个问题只有通过实践，在今后不断优化装备的基础上予以调整。

3.2.3 砖型形状影响（m4/A）

VDZB型砖等中间尺寸为71.5mm，砖的大小端尺寸均与π值无关；ISO型砖大端尺寸与π值结合，小端尺寸与π值无关；而C型系列砖的等中间尺寸为78.5mm，大小端尺寸均与π值关联。砌筑现场反映，C型系列砖锁缝砖和钢板用量少，锁缝耗时少，技术要求不高，质量较好。

不同砖型在砌筑时所产生的锁缝尺寸是不等的，所得的m4/A值也不等，具体数值见表6。其中VDZB型砖的m4/A从最大0.83降至最小型砖的m4/A值从最大0.90降至0.01，而C型系列砖从最大0.13降至最小0.06，表明C型系列砖配比失调问题最少，且砌筑锁缝方便，耗时少。

表6 不同窑径、不同砖型锁缝尺寸对比例失调的影响（m4/A）

4 减缓砌筑耐火砖配比失调的措施

回转窑窑径增加带来的配比失调是当前水泥窑耐火砖砌筑客观存在的事实，减缓的措施主要来自以下三个方面：

4.1 将VDZB型砖更换为C型系列砖

C型系列砖和VDZB型砖相比，砖的大小端尺寸与π值结合，锁缝尺寸数值低且有规律，所形成的m4/A值均低于VDZB型砖。C型系列砖的大端尺寸较VDZB型砖大约10%，所形成的m2/A值小于VDZB型砖。VDZB型砖和C型系列砖的m4/A、m2/A值及其差值比较见表7，从表中数值来看，C型系列砖较VDZB型砖的m2/A和m4/A均小些，有利于缓和配比失调问题。

表7 VDZB型砖和C型系列砖的m4/A、m2/A值及其差值比较

4.2 提高砖形尺寸精度

现国产耐火砖的砖形精度控制为±1.0mm，若优化为±0.5mm，则两砖之间的缝隙尺寸将减少50%，若10块砖的累计圆弧差值≤3mm，则两砖之间缝隙尺寸将减少至30%，必将大幅减少砌筑时的锁缝尺寸，减少配比失调问题。

上述措施将较大幅度减少m/A值，有利于减缓配比失调问题，现将采用上述措施后的VADB型砖和C型系列砖的m3/A、m2/A、m4/A值进行对比，具体数据见表8和表9。

从表8、表9所列数值来看，C型系列砖的m3/A、m2/A+m4/A值均低于VDZB型砖，三数之和仍然会出现较大的数值，必须指出的是，表中所列的数值是最大累计值，但在实际砌筑时，经常会出现负公差或者一些数值比较小，所得的m/A值远低于表中所列数值。采用制造精度较高的C型系列砖，必将缓和配比失调问题。

表8 VDZB型砖精度优化后的m/A值

表9 C型系列砖精度优化后的m/A值

4.3 采用偏差方向相反的耐火砖砌筑

为减缓砌筑时的配比失调，往往搭配使用正负偏差耐火砖，以降低耐火砖的精度误差。C型系列砖在标准制定时，增加了备注说明，两块砖搭配砌筑时，两块砖的偏差方向最好相反，即，一块砖是正偏差，另一块砖是负偏差，可以抵消砌筑时的累计误差。

5 结语

预分解窑砌筑耐火砖配比失调是客观存在的问题，在一定程度上会影响施工进度和施工质量或造成材料浪费，进而影响窑内耐火砖的运行周期。减缓耐火砖配比失调的较好办法是推广应用C型系列耐火砖，提高耐火砖精度尺寸，砌筑时选用偏差方向相反的耐火砖进行砌筑等。