耐火材料施工的相關技術問題

1、與耐火材料施工相關的技術研究隨著新型干法窯的快速發(fā)展，窯型越來越多樣化，窯的規(guī)格及能 力也越來越大， 同時伴隨著原料燃越來越緊張， 用在窯上的原燃材料 也越來越多樣化，這些條件的變化，都會引起對窯襯的影響。作為一 名技術人員， 我們不僅僅對砌筑要有不斷的創(chuàng)新， 同時對耐火材料的 性能、發(fā)展，及使用要有一個全方面的研究。一、 耐 火磚的砌筑1、膨脹縫的重要性膨脹縫的留設是為了減少因磚的熱膨脹和窯筒體橢 圓度造成的應力。我國水泥窯的耐火材料使用及砌筑方法，主要有受 兩個大公司的影響，一是雷法公司，一是悟而發(fā)公 司。這兩家公司在堿性磚的徑向縫中用1mm厚的鋼 板或紙板，或用火泥。許多公司由于膨脹縫的

2、留設 不當，對點火升溫后再冷卻的窯襯往往造成不當?shù)?影響，主要表現(xiàn)在擋磚圈部位， 因為磚縫留的過大， 窯筒體的膨脹量一定，在窯冷卻時往往出現(xiàn)問題。 2008年在厄瓜多爾，此公司的配磚是燒成帶用 36米 的鎂鋁尖晶石磚，該設計也是在 36米的尖晶石磚后 是第二檔擋磚圈，但由于砌筑時業(yè)主堅持不把環(huán)向 面的紙板取掉，結果在點火生產(chǎn) 10天后大修，進入 窯內(nèi)檢查時發(fā)現(xiàn) 36米鎂鋁尖晶石磚到擋磚圈有一寬40mm的收縮縫。原因很簡單，就是36米磚有180環(huán), 每環(huán)當中有一個厚度為1.5m m的紙板，紙板同火泥 不同，在點火升溫后紙板被燒掉，磚與磚之間就有 了大的間隙，當窯冷卻時磚隨著冷卻收縮，磚之間 的縫

3、大于筒體的收縮，就有了大的無磚地帶 大 的收縮縫。解決辦法，只能是拆掉 4到5環(huán)，把收縮 縫去除掉。這就提醒工藝人員，在配磚時不僅僅要 考慮各帶的用磚情況，還要想到砌筑時所配磚的長 度，要與窯筒體的膨脹量相近。2、擋磚圈的位置回轉窯是斜度為 34的旋轉鋼筒，包括窯皮在 內(nèi)的沉重窯襯在窯中形成向前窯口的巨大推力。窯 口護鐵一方面是保護窯口，另一方面就是護住耐火 材料不掉下來。僅僅依靠窯口護鐵不足以承受沉重 窯襯的巨大推力，再加上為更換磚方便所以設置幾 道擋磚圈。在設置擋磚圈時，也要注意幾點，一在 燒成帶和過渡帶不要設擋圈。因為在此區(qū)設置時不 利于窯皮的穩(wěn)定。二，低溫區(qū)內(nèi)有擋磚圈時，要注 意擋磚圈

4、與最近的輪帶或是大傳動齒圈中心線至少 保持5米距離，以防內(nèi)外應力的影響， 使該區(qū)的磚過 早的受應力而被損壞。三，擋磚圈的形狀。不是任 意來焊一道圈就行，朱磚圈的結構也很重要。首先擋磚圈不能是連續(xù)一個整圈，中間最少要斷開 4到 5處，每處要留有34mm的間隙，簡單的說就是減 少因擋磚圈而產(chǎn)生的應力。3、砌筑中的創(chuàng)新根據(jù)窯的變形， 大膽采用新技術新方法。 在#公司， 該公司窯筒體變形大，經(jīng)常出現(xiàn)掉磚情況，經(jīng)過驗 研決定采用江西東方科力公司生產(chǎn)的 DK 1高溫 膠泥，此產(chǎn)品不需加熱自行固化， 常溫下就有 6MPa 的抗壓強度。其可以代替火泥砌筑，可將所用被膠 結耐火磚“焊”成為一體，相當于現(xiàn)場燒制出

5、的整 塊異形磚。在大膽使用這種新材料后， 13月后該公 司反饋信息，燒成帶磚用到15mm時磚也不會掉，大 修拆磚時，磚是相互膠結在一起的，是被一片片拆 下來的。鑒于此膠泥的特點，我們開創(chuàng)了不少新的 有效的使用方法。此膠泥還可用于掉磚時的熱補， 掉磚量不大，只有一兩塊是，可以把該處的磚清理 干凈，然后找一同種磚，將磚搗碎成骨料，與膠泥 相混成澆注料，用力搗打，澆注完即可點火生產(chǎn)， 可用三個多月。二、預分解窯耐火材料的配套及使用在回轉窯運行使用過程中，耐火材磚主要承受的機械應力有兩種：一是窯的徑向剪切應力，二是沿窯筒體方向的軸向擠壓應力。徑 向剪切應力主要來源于回轉窯運行中產(chǎn)生的機械形變。 窯筒體

6、會發(fā)生 橢圓變形，筒體中心線不再是一條直線；另一方面，在支撐輪帶附近 區(qū)域，窯筒體會發(fā)生最大的橢圓變形， 用測試議對運轉中的窯筒體進 行連續(xù)測量可發(fā)現(xiàn)筒體的水平直徑與垂直直徑之間相對差值可達0.3%。，在較舊的窯上甚至可達0.6%。0.7%。橢窯徑加大，窯速加快， 窯筒體這種周期性的受壓作用加劇， 耐火磚將承受更大的徑向剪切應 力破壞， 燒成帶及上過渡帶是徑向剪切應力最大的部位。 軸向擠壓應 力的產(chǎn)生主要有兩個方面。 一是因窯內(nèi)物料在窯運轉時從窯尾向窯頭 方向運動，窯內(nèi)的耐火磚在運動物料的推力及磚自身重力的軸箱向分 力的共同作用下有向窯頭方向移動的趨勢； 二是耐火磚受熱后產(chǎn)生的 膨脹力。耐火磚

7、在14001450C時的膨脹系數(shù)在1.4%1.6%,常用 每塊磚長為198mm,測膨脹量為2.83.2mm.。如果在烘窯時升溫速 度太快，窯筒體膨脹速度相對磚而言較慢， 就會限制耐火磚的進一步 膨脹便會產(chǎn)生很大的應力， 甚至導致磚的爆裂。 窯內(nèi)這種惡劣的工況 環(huán)境要求耐火磚必須有足夠的機械強度， 同時，在窯磚砌筑時合理地 預留好膨脹縫也可以很好地緩解這兩種應力的破壞。 熱應力破壞： 測 試結果表明，窯轉一圈中窯襯表面溫度變化達 400 C以上，由此產(chǎn)生 的熱應力是耐火磚損壞的主要原因之一。 隨水泥工業(yè)大型化的發(fā)展趨 勢，窯外分解窯的窯徑增大（10 000t/d生產(chǎn)線窯徑達到6m）,窯的 產(chǎn)量隨

8、窯徑增加呈 3 次方增加，容積產(chǎn)量提高到傳統(tǒng)窯的 3 倍以上， 達到 5t/（m3.d） 。這不僅使機械應力加大為增加，窯內(nèi)熱力強度大幅 度提高，耐火磚所受的單位熱負荷也增加，熱應力破壞作用加劇。此 外，窯速也加快（34r/min ），使窯襯所受的周期性溫差的頻率也大 為增加，這就要求耐火磚具有更好的熱震穩(wěn)定性。 化學侵蝕作用的破 壞：化學侵蝕是耐火材料損壞的主要原因之一。 在窯內(nèi)13501450 C 環(huán)境溫度下， 具有強堿性的熟料會對窯襯產(chǎn)生強烈的化學侵蝕。 熟料 中的液相物質(zhì)會與磚中的鹽基性物質(zhì)反應生成底熔點的中間相 （硫酸 鹽，鉀鈉鹽等），深入磚體 4050mm 深處沉積，這會導致磚的結

9、構 變脆硬、疏松， 進而容易發(fā)生剝落。克服化學侵蝕作用破壞的關鍵是 阻止水泥中的某些成分的滲透（sio2,cao,kcl等）。此外，生料中的有 害成分堿、氯、 硫等也會對窯襯產(chǎn)生嚴重的侵蝕破壞作用。堿的硫酸 鹽和錄化物在預熱器系統(tǒng)揮發(fā)、凝聚、反復循環(huán)而不斷富集。通常， 同原始生料相比，最熱級旋風筒的熱料中堿、氯、硫富集濃度分別達 到5倍， 80100倍， 35倍之多耐火材料受到來自窯料和窯氣中堿 化合物的侵蝕，形成膨脹性礦物使其開裂剝落，發(fā)生 堿裂 破損。耐 火材料的合理使用： 訂購耐火材料時要把好耐火材料長期安全使用的 第一關， 首先考慮生產(chǎn)廠家的資質(zhì)及生產(chǎn)加工能力， 關注耐火材料質(zhì) 量和售

10、后服務。 訂購耐火材料時應對供貨產(chǎn)品的包裝運輸提出要求如 沒有堅實牢固的包裝，可靠的運輸，極易造成損壞，直接影響使用壽 命。 對于有保質(zhì)時效的耐火材料（如一些澆注料等）應當避免長期 存放，耐火磚應注意防潮，并做到有序堆放，避免混亂。 提高砌筑 施工質(zhì)量： 窯襯的質(zhì)量是決定窯運轉周期的最主要因素之一， 砌筑施工質(zhì)量又是確保窯襯質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)1995 年頒布試行的水泥回轉窯用耐火材料使用規(guī)程 為規(guī)范化施工提供了依據(jù)， 企業(yè)應當對筑 爐施工人員進行培訓， 全面學習推廣應用 水泥回轉窯用耐火材料使 用規(guī)程，以提高施工人員技術水平。但由于種種原因，施工中常常 存在有章不循的現(xiàn)象， 這需要在加強管理方面做

11、工作。 砌筑施工過程 中應當注意一下問題： 按要求控制加水量。 加水量大雖然方便施工， 卻極大降低了澆注料的強度性能。 注重施工后的養(yǎng)護。 常見情況是施 工施工單位為了搶進度水泥企業(yè)為了搶時間早投產(chǎn)， 幾乎很少能按要 求時間對澆注料進行合理養(yǎng)護。 這勢必直接影響其使用性能。 澆注料 施工后升溫烘烤時應充分考慮排氣孔的設置， 特別是窯頭罩部位。 在 大部分情況下， 該處無單獨烘烤過程， 出窯熱熟料進入窯頭罩后溫度 從400C左右急劇升高到1100C左右，如未合理設置排氣孔，耐火材 料爆裂危險極大。 砌筑時襯磚不能有懸空點、 懸空面。大頭靠緊筒體， 焊縫不平處要打磨平整， 筒體變形處用火泥墊平找正

12、。 根據(jù)磚的膨脹 系數(shù)留出膨脹縫。留縫過大會發(fā)生磚抽簽，甚至于掉磚事故，留縫不 足會加重磚的應力破壞。調(diào)整鐵板的使用應當規(guī)范。用量不能過多， 更要嚴禁大頭小頭同事調(diào)整，不能縫連加；鐵板不應一半插入磚縫， 導致小頭縫緊，大頭縫松； 夾入鐵板時不能硬砸，不能將鐵板鍛厚打 彎損傷磚面。用橡皮錘或木錘對磚面敲打， 確保磚與磚之間切實接觸。 合理使用和操作， 烘窯升溫操作。 首先是根據(jù)耐火磚的性能合理制定 烘烤升溫曲線并嚴格控制升溫速度（通常 3050C /h ）,以有效減少 熱應力對磚的破壞；同時， 嚴格執(zhí)行窯升溫盤車制度，減少窯筒體機械變形對磚造成的機械應力破壞。 新窯襯烘烤時， 在從油烘烤轉到油

13、煤混燒時較難控制， 極易造成升溫速度失控， 因 然加快而導致熱應 力破壞。1 回轉窯的砌筑：2 回轉窯的砌筑的基本要求是：磚襯緊貼筒體體，磚與磚緊貼3 回轉窯砌筑一般均采用環(huán)砌法， 環(huán)于環(huán)之間錯縫砌筑工具采用氣壓 式砌磚機砌筑。4 為了保證火磚砌體與窯的中心線的平行， 在砌筑前必須在窯內(nèi)放線， 使用水平儀或經(jīng)緯儀在窯的約 0 度、90 度.180 度.270 度 部位劃出幾條基準線（基準線根據(jù)窯徑的大少而等分條數(shù) 一般約1.52m）,在基準線上分別對窯的長度進行等分， 作為控制磚襯偏移的控制點，以 0 度點作為底部砌筑的基 準.5 鎖磚要采用規(guī)定的鎖磚鎖緊， 大小鎖磚要與標準磚錯開， 鎖磚用的

14、鐵板不可在一塊磚的兩側同時使用，必須錯開，并且控制 鋼板用量，同一環(huán)中盡量不超過 3 塊。6 模板的制作安裝：模板制作安裝要有足夠強度，不走形，不移位，不漏漿，幾何尺寸滿足圖紙要求， 重復使用的模板要及時清理、 修整，模板安裝時可以在模板表面刷一層機油， 以方便拆模為 準，不宜過多。7 嚴格控制澆注料加水量， 加水量不得超出材料說明書最高限量， 在保證流動性的前提下， 加水量易少不易多， 已初凝甚至結塊的 澆注料不得倒入模框中，也不得加水攪拌再用?？梢圆捎谩皰?球”試驗的方法簡易地做出含水率是否合適的判斷， 即用手將 攪拌好的澆注料團一個球， 拋起用手接住， 以球不散開也不流 淌為合適。參考施

15、工用水量： G-14N：5.5-7%； G-16：5.5-6.5% ； GC-13： 6.5-7.5% ; G-18: 5.5-6.5% ; G-16P: 6-7%;氣溫較高時可適 當增加。8 澆注料攪拌:攪拌機攪拌要均勻，干料攪拌一般為 1 分鐘后，加 入水后攪拌時間G-14N為3分鐘，其它低水泥澆注料約4-5分 鐘，攪拌好的澆注料必須在 30 分內(nèi)用完， 超過時間禁止使用， 加入模板內(nèi)的澆注料應立即用振動棒分層振實，每層高度應W0.3m,振動棒插入間距以0.20m為宜，出漿為標準，應振搗密 實，不得出現(xiàn)孔洞， 但允許少量的細小表面排水微孔和局部不 明顯麻面。9 大面積澆注時,要分塊澆注施工

16、,膨脹縫按照設計圖紙要求留 設,不得遺 漏,且應留設在錨固件中間位置。一般隔開的面積應 不大于 1 平方米。澆注料表面干燥后,應立即將其暴露在露天部位的澆注料蓋嚴,高溫天氣初凝后應定期灑水養(yǎng)護并用塑料覆蓋, 保持其表面濕潤; 澆 注料終凝后可拆除模板繼續(xù)灑水養(yǎng)護,承重模須待強度達到 70%以后 再拆除三、耐火材料的發(fā)展越趨勢1 、水泥生產(chǎn)技術的進展對耐火材料的需求1.1 傳統(tǒng)回轉窯對耐火材料的需求早期的傳統(tǒng)回轉窯是料漿煅燒的濕法窯和料粉煅燒的干法長窯、余熱鍋爐窯,一般配用單筒和多筒冷卻機。窯的熱耗均在 6500kJ/kg熟料以上，熟料在窯內(nèi)煅燒溫度一般低于 1350C，燒成帶用普 通高鋁磚，其

17、余部份使用粘土磚，此后，出現(xiàn)了利用窯尾廢氣的立波 爾加熱機以及配套的篦冷機， 熱耗降低至 5000kJ/kg 熟料左右， 熟料 煅燒溫度超過1350C，要求具有較高的耐火度和抗熟料化學侵蝕及 抗震性能強的新品種耐火磚，此時，出現(xiàn)了特種高鋁磚、磷酸鹽磚及 普通鎂質(zhì)堿性磚， 這些耐火磚滿足了生產(chǎn)需求， 還進一步提高了一般 的傳統(tǒng)窯襯料的使用周期，得以廣泛推廣應用。1.2 預熱器窯對耐火材料的需求1.2.1 襯砌部位的不同傳統(tǒng)窯襯料主要用在回轉窯，冷卻筒和窯門罩，材質(zhì)、磚型砌筑主要 按回轉設備要求考慮的， 立波爾窯除了回轉窯使用的襯磚外， 增加了 加熱機和篦冷機的襯砌，而預熱器窯的襯料只有部分用在回

18、轉窯內(nèi)， 大部分用在形狀復雜的預熱器系統(tǒng)的設備內(nèi)， 所需襯料的材質(zhì)、磚型、 砌筑要求與回轉窯內(nèi)襯料是不同的。1.2.2 窯溫及其影響預熱器窯的配料率值中的硅酸率 SM鋁氧率IM較傳統(tǒng)窯高，熟 料煅燒溫度高， 再加上多風道燃燒器形成的高溫， 使整個窯內(nèi)氣流和 物料溫度遠遠超過傳統(tǒng)窯相似部位的溫度， 國外的大型預熱器窯內(nèi)熟 料煅燒溫度超過1400C，熱耗低于3500kJ/kg熟料，在此高溫情況 下，熟料中的鈣硅融熔物和堿硫化合物與 AI2O3形成低溫共熔體，在 工況苛刻的窯上， 幾天之內(nèi)可將高鋁質(zhì)襯磚損壞， 只得在窯內(nèi)大量使 用堿性磚，窯內(nèi)堿性磚的長度約（710） D。1.2.3 堿硫揮發(fā)性組分的

19、侵蝕及影響、預熱器系統(tǒng)內(nèi)，堿硫氯等化合物組分揮發(fā)凝聚，反復循環(huán)導致 窯料中這些組分的富集，在系統(tǒng)下部的預熱器、進料室、上升煙道等 溫度較高的部位易結皮阻塞、干擾正常生產(chǎn)。此外，襯料受堿氯硫化 合物的氣體和結皮物的侵蝕， 形成膨脹性堿裂損壞， 在上述易結皮部 位，采用系列耐堿侵蝕的半酸性粘土磚和耐火澆注料。另一差別在回轉窯內(nèi)， 部分富集的堿氯硫化合物隨窯料從預熱器 進入窯內(nèi)，在熟料煅燒過程中，部分化合物揮發(fā)，侵蝕窯內(nèi)未結皮的 襯磚，而熟料內(nèi)的化合物因熔融溫度較低， 在高溫煅燒部位以液相形 式存在熟料內(nèi)， 侵蝕燒成帶和上下過濾帶的襯磚， 給上述部位的窯內(nèi) 襯磚提出了較高的抗堿氯硫化合物的侵蝕功能的

20、需求。1.2.4 窯速的影響常規(guī)窯的窯速為 1r/min ，而預熱器窯的窯速為 2r/min ，窯速高， 窯內(nèi)火焰和窯料之間溫差對襯磚造成的熱震破壞次數(shù)增大， 遭受的軸 向擠壓和向下的推力增強， 對襯磚的強度和襯砌縫隙以及膠泥的性能 均提出了要求。1.2.5 材質(zhì)的差別預熱器窯內(nèi)的襯磚不論從窯溫、窯在回轉過程中造成的機械應 力，以及堿氯硫化合物的化學侵蝕均提出了比立波爾窯更高的要求， 在此期間出現(xiàn)了半直接接合鎂鉻磚、 直接接合鎂鉻磚和白云石磚等產(chǎn) 品。此類產(chǎn)品耐火度高、抗熟料和堿氯硫等化學侵蝕，抗熱震等機械 性能強，掛窯皮性能優(yōu)良， 進一步滿足了各種不同生產(chǎn)方式窯型的需 求。1.2.6 系統(tǒng)內(nèi)

21、不動設備結構復雜的影響預熱器系統(tǒng)內(nèi)不動設備多而形狀復雜， 為簡化磚型， 一方面制定 標準化的磚型，在圓形和圓錐部位采用配磚設計，簡化磚形數(shù)量，另 一方面在形狀復雜的部位使用耐火澆注料， 相應減少磚形數(shù)量， 通過 上述措施，一套預熱器窯的磚型數(shù)量由原來的 120種減少至 20 余種， 由于不同部位對耐火澆注料的需求，促進了它的發(fā)展。1.2.7 節(jié)能要求預熱器窯不動設備的表面散熱面積 >1m2/d.t 熟料，筒體散熱損 失較大。減少襯體散熱損失，不僅降低能耗，更重要的是維持系統(tǒng)內(nèi) 的溫度，提高入窯物料分解率， 有利于保持窯內(nèi)熱工制度正常和穩(wěn)定。 在此需求下，出現(xiàn)了導熱系數(shù)低，工況溫度高，容重

22、輕的硬質(zhì)硅酸鈣 板隔熱材料和性能優(yōu)良的隔熱磚。1.3 窯外分解窯對耐火襯料的需求70 年代中期，在預熱器窯生產(chǎn)的基礎上，出現(xiàn)了窯外分解窯， 在窯尾預熱器系統(tǒng)內(nèi)增設分解爐， 從冷卻機抽熱風通過三次風管入分 解爐內(nèi)作燃燒空氣。 分解爐內(nèi)燃料提供的熱量供生料分解用， 煅燒熟 料的熱量由窯頭燃燒器提供。 由于生料分解所需的熱量較熟料煅燒的 熱量多，在生產(chǎn)過程中，約 60的燃料由分解爐提供，而 40的燃 料由窯頭燃燒器供應， 因而在同一直徑的窯， 產(chǎn)量幾乎增加了 1 倍以 上，熱耗相應降低。窯外分解窯出現(xiàn)后，就成為水泥生產(chǎn)技術發(fā)展的 主流，在世界各國廣為發(fā)展。窯外分解窯是從預熱器窯技術發(fā)展的， 耐火材料

23、的技術要求基本和預熱器窯接近，差別在于：(1) 在相同產(chǎn)量的情況下， 窯外分解窯在燒成帶的熱力強度較預熱 器窯有較大程度的下降， 入窯物料分解率提高， 燒成帶的窯皮長度較 預熱器窯有所增長， 窯內(nèi)同一部位使用相同材質(zhì)的耐火磚， 則磚的使 用周期有所提高。(2) 窯尾物料分解率提高， 窯尾廢氣溫度增加， 窯料內(nèi)所含的堿氯 硫相同的情況下， 窯外分解窯在預熱器系統(tǒng)下部設備內(nèi)的襯磚所遭受 的堿氯硫侵蝕較預熱器窯重些。(3) 窯速加快至 3r/min ，對窯內(nèi)襯磚的熱震破壞和機械應力增大。2 窯外分解窯生產(chǎn)技術的進展窯外分解窯出現(xiàn)以來，窯的熱效率和單機生產(chǎn)能力大幅度提高， 促進了水泥工業(yè)向大型化、 現(xiàn)

24、代化的發(fā)展， 與耐火材料有關的主要表 現(xiàn)在：2.1 生產(chǎn)能力大型化70年代水泥熟料生產(chǎn)線主要規(guī)模為 10004000t/d , 80年代為 30005000t/d , 90年代為400010000t/d。世界上已投產(chǎn)的日產(chǎn) 5 000t熟料以上規(guī)模的生產(chǎn)線超過80條，7000t以上生產(chǎn)線接近30條， 900010000t生產(chǎn)線為4條，正在興建的最大規(guī)格窯為6.2mx 105 m日產(chǎn)i2000t熟料生產(chǎn)線。2.2 先進的水泥熟料生產(chǎn)技術2.2.1 生料均化技術生料均化技術主要包括礦山計算機三維開采、 預均化堆場、 在線 測試控制、精度高的計量秤、均化庫，確保了入窯生料成分和數(shù)量的 均勻，保持了窯的穩(wěn)定生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。2.2.2 熟料煅燒技術熟料煅燒裝備由預熱器、分解爐系統(tǒng)、回轉窯、篦冷機、燃燒器 等項裝備組成，主要技術進展為：(1) 預熱器、分解爐系統(tǒng)的性能和效率進一步完善與提高，預熱器由4 級逐步增加到 6 級，分解爐能使不同性能的原燃料分解和燃燒。系統(tǒng)的入窯物料分解率已增至95%,窯尾廢氣溫度提高至1200C