回轉窯耐火材料內襯的作用及影響使用壽命的因素

? ? ? ?回轉窯是水泥廠生產運行核心設備，能否保證生產連續運行，在很大程度上取決于回轉窯耐火材料內襯使用情況。然而影響回轉窯耐火材料使用情況的因素有很多，但主要是化學侵蝕、熱負荷、機械負荷這三個方面因素。

1、回轉窯內火材料內襯的作用

? ? ? ?回轉窯耐火材料內襯的作用如下：（1）組織高溫物料、火焰及氣流對筒體的直接損傷，保護窯筒體，避免窯筒體高溫變形。（2）組織燒成過程中液相量熟料及CO、Cl?、SO?等有害物質直接侵蝕筒體。（3）在煅燒過程中，熟料的燒成溫度約為1450℃，但窯內燒成帶燃燒氣體的溫度最高可達1700℃以上，窯內耐火材料起到隔熱作用，降低筒體溫度，阻止熱量損失節約能源。（4）具有蓄熱保溫的作用，耐火材料窯襯可以充當傳熱介質，從窯內高溫氣體中吸收熱量，以傳導及輻射方式把熱量傳給物料。（5）耐火材料窯襯能夠改善掛窯皮性能，組織高溫及有害物質對筒體的侵蝕，能夠更好保護窯筒體。

2、影響回轉窯耐火材料使用壽命的因素

? ? ? ?回轉窯內可分為前窯口、下過渡帶、燒成帶、上過渡帶、預分解帶和后窯口等部位。根據不同部位的溫度，需配置不同材質的耐火材料內襯。在生產過程中，耐火材料會受到來自窯筒體及物料向前運動的機械負荷、噴煤管煤粉燃料和高溫物料的熱負荷、熟料及有害氣體的化學侵蝕等；窯內耐火材料設計、質量、砌筑、烘爐以及來自物料的磨損等因素，都會導致耐火材料內襯過早損壞。

? ? ? ?經過理論分析，結合實際生產經驗，得出影響窯內耐火磚使用壽命的因素見下圖，其中主要有化學侵蝕、熱負荷、機械負荷三個方面因素。

（影響窯內耐火材料壽命的因素）

2.1機械負荷對耐火材料使用壽命的影響

? ? ? ?回轉窯的機械負荷主要是水泥熟料在煅燒過程中，筒體、耐火材料、物料、含塵氣體相對運動并傳熱，窯襯受到相對運動而產生的機械負荷以及來自物料的重力和磨蝕作用。當窯內耐火材料所承受的機械負荷超過自身強度時，會導致耐火材料損壞。產生機械負荷的因素主要有以下三個原因：

? ? ?（1）筒體扭曲及變形。由于回轉窯內耐火材料、窯內物料和筒體自身重量累加重量過大，在重力以及熱負荷作用下，或因局部高溫導致筒體局部發生凹凸形變。筒體的圓形截面會變成橢圓形，當窯運轉時，筒體變形處會對耐火材料產生機械負荷，且橢圓度愈大所產生的機械負荷也愈大。由橢圓度變化產生的剪切應力作用在每環磚上，故造成磚剝落，一般情況下，剝片厚度均勻、堅硬。

（筒體變形：左圖筒體變形后砌筑情況，右圖是筒體變形）

? ? ?（2）回轉窯的軸線偏移?；剞D窯是由輪帶、托輪、托輥支撐的，各斷面圓中心點的連線，應在一條直線上。但在窯筒體安裝及部分筒體切割更換后，或者窯體經過一段時間運行后且窯內熱工制度不穩定，在熱負荷和荷重的作用下，窯體的軸線會產生偏移。再經長時間的運轉，輪帶和托輥的磨損、托輥出現的外偏和內偏，各個支撐點的荷重會發生不同變化，特別是當支撐點的荷重過大時，輪帶及托輥表面會異常剝離或裂縫，這又將進一步加劇窯體軸線偏移；軸線偏移結果將導致耐火材料受到擠壓變形造成破損或脫落，耐火磚損壞后形狀深淺不一。

（回轉窯軸線偏移造成的耐火磚損壞）

? ? ?（3）砌筑質量差。由于施工因素，造成耐火磚砌筑過松及扭曲錯臺，在回轉窯運轉過程中，窯筒體與耐火磚冷面產生相對運動，磚襯推力過大，會導致耐火磚扭斜錯位和磚層裂、掉角、甚至掉磚。

（砌筑質量差造成的耐火磚損壞）

2.2 熱負荷對耐火材料使用壽命的影響

? ? ? ?熱負荷是指窯內襯在烘爐溫升過程中，耐火材料因受高溫產生的熱膨脹，造成相鄰耐火材料之間相互擠壓。使其不能完全自由膨脹而產生的擠壓應力大于耐火磚的強度時，就會導致耐火磚熱面剝落，熱應力是窯內耐火磚剝落、破損的重要原因之一。以鎂鐵磚或鎂鋁尖晶石磚為例，l400℃時的膨脹率按1.6%計算，長198mm的耐火磚其膨脹量可達3.16mm，如此大的膨脹，需要正確地預留好環縫(膨脹縫)，預留過大可能會導致耐火磚出現抽簽、掉磚現象，預留過小產生的熱應力無處釋放，會導致耐火磚產生剝落現象，從而嚴重縮短耐火磚的使用壽命。

2.3 化學侵蝕對耐火材料使用壽命的影響

? ? ? 化學侵蝕對耐火材料侵蝕在任何窯爐上都存在，是影響窯爐的使用壽命重要因素之一，并且侵蝕機理較多而復雜。

（1）煅燒溫度過高或波動

? ? ? 在回轉窯內物料逐步轉化為水泥熟料，燒成帶熟料的液相量約在25%~30%，轉化成的熟料物相主要包含C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF等，高溫下液相熟料會與耐火磚表面發生化學反應，并且耐火材料還會受到堿鹽等有害物質和部分有害氣體的滲透侵蝕。若煅燒溫度過高，熟料液相量升高，熟料與耐火材料的化學反應會加劇，導致熟料與耐火材料熱端的反應層加深，因反應層與磚的內部結構存在差異，發生了質的變化，如窯內溫度突然發生較大波動或停窯冷卻時，耐火材料變質層會造成的剝落開裂。所以為了保證耐火磚的使用壽命，應穩定生產操作，制定合理的升及溫冷窯制度。

（冷窯制度不合理造成耐火材料整層剝落）

（2）窯速較快

? ? ? ?新型干法回轉窯的轉速通常在3.5～4r/min，甚至有高達4r/min以上，筒體的線速度會達到1m/s以上。若窯速提高，在高轉速、大直徑和高溫度情況下，熟料與耐火材料接觸次數更加頻繁，使耐火材料窯襯所承受熱負荷、機械負荷和化學侵蝕的綜合損壞效應，與低轉速回轉窯或靜態窯爐要大得多。這就要求大中型回轉窯耐火材料窯襯均須具有足夠的強度和穩定性，并制定合理的轉窯制度。

3、結語

? ? ? ?如今水泥工業在綠色發展規劃的政策背景下，回轉窯耐火材料內襯向“節能、環保、長壽命、輕量化、無鉻化”方向發展，內襯的配置方案、設計、質量、存放、砌筑、烘窯、生產操作等因素，若處理不當均能影響回轉窯耐火材料的使用壽命。通過對上述因素分析，應制定一系列措施對耐火材料進行維護，才能延長耐火材料的使用壽命，有助于達到最佳的使用效果。

? ? ? ?鄭州真金公司致力于水泥、石灰、有色、鋼鐵、玻璃及化工行業耐火材料的研發研制、技術解決方案設計、施工及配套產品提供等一站式總包服務，集產銷研出口一體化的高溫窯爐整體解決方案服務商。服務鏈貫穿前期咨詢、方案設計、研發生產、筑爐施工及安全生產等整個項目的生命周期，通過對各種牌號產品的優化組合，滿足不同工藝要求，切實為客戶創造價值。