水泥窯用耐火材料在協(xié)同處置時(shí)損壞的現象、機理及對策

? ? ? ?隨著(zhù)水泥窯高溫協(xié)同處置各類(lèi)廢棄資源技術(shù)的不斷完善，水泥窯內的耐火材料承受著(zhù)熱應力、機械應力、熱化學(xué)應力和物料磨損等一種或多種相互作用。生活垃圾及城市污染等替代燃料的使用量日漸增多，不管是通過(guò)分解爐加入到窯系統中，還是單獨的容器中燃燒后廢氣進(jìn)入窯系統中，其中的可揮發(fā)有害成分均在系統中循環(huán)富集，導致耐火材料承受的負荷越來(lái)越大。

一、耐火材料在協(xié)同處置時(shí)主要損壞的現象及原因

? ? ? ?水泥回轉窯系統的耐火材料配置主要有高鋁磚、鎂質(zhì)磚，以及預熱器內的耐堿磚、耐火澆注料等。由于耐堿磚使用區域溫度較低，使用壽命長(cháng)，受到的協(xié)同處置工況影響基本可忽略不計。

1、高鋁磚的損壞

? ? ? ?回轉窯的冷卻帶、安全帶、分解帶及部分上過(guò)渡冷端，主要使用抗剝落高鋁磚、硅莫磚、硅莫紅磚及硅莫復合磚。損壞方式主要有高溫侵蝕沖刷損壞，一般發(fā)生在冷卻帶（圖1）；一種為中間斷裂損壞，一般發(fā)生在安全帶及部分上過(guò)渡帶冷端（圖2）。

圖1 高溫侵蝕沖刷的耐火磚

圖2 安全帶損壞的高鋁磚

? ? ? ?對于高溫侵蝕沖刷而損壞的高鋁磚，主要因工況溫度變化較大，導致耐火磚未能與其所在部位的高溫相適應。由于使用溫度接近耐火磚的荷重軟化溫度，耐火磚強度急劇降低而同時(shí)又遭到熟料顆粒的沖刷，形成典型的如及我裝光滑的坑洞。

? ? ? ?常見(jiàn)如要錢(qián)燃燒器調節火焰太粗，或使用熱值大于24.2MJ/kg的原煤而燃燒器推力設定過(guò)大，或經(jīng)過(guò)技改發(fā)生較大工藝變化而沒(méi)有相應更改耐火磚配置等原因造成。

? ? ? ?對于在安全帶附近的高鋁磚損壞，原因主要是由于協(xié)同處置窯內帶來(lái)大量堿、氯、硫等有害元素在窯內循環(huán)富集，以各種狀態(tài)附著(zhù)在粉塵及物料中，在耐火磚熱面（與妖氣和物料接觸）和冷面（與窯筒體接觸）有濃度梯度，以氣體存在的有害成分就會(huì )通過(guò)耐火磚的開(kāi)口氣孔以及耐火磚之間的接觸縫隙向耐火磚內部遷移。因此協(xié)同處置對設備管理要求更加嚴格。

2、鎂質(zhì)磚的損壞

? ? ? ?鎂質(zhì)磚主要應用于下過(guò)渡帶、燒成帶以及上過(guò)渡帶熱端。主要品種有鎂鐵尖晶石磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鐵鋁尖晶石磚以及較少使用的鎂錳尖晶石磚、鎂鋯尖晶石磚，還有因環(huán)保問(wèn)題退出水泥市場(chǎng)的直接結合鎂鉻磚等。

? ? ? ?鎂質(zhì)磚與工作介質(zhì)發(fā)生交互反應而失效現象是襯磚損壞的主要方式：

? ? ?（1）有害成分的鹽類(lèi)侵蝕

? ? ? ? 堿、氯、硫等有害成分對鎂質(zhì)磚的滲透侵蝕與高鋁磚類(lèi)似，但鎂質(zhì)磚強度較高鋁磚一般低20MPa左右，因此發(fā)生斷磚幾率相比高鋁磚高。

（鋁磚的腐蝕損壞，斷頭深度達80-100mm）

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? ? ? ?(2)高溫液相侵蝕

? ? ? ?協(xié)同處置的窯由于有害成分的帶入，一定程度降低了生料的易燒性，同事也導致了液相產(chǎn)生早，并且液相含量隨溫度變化波動(dòng)較大，再加上液相粘度低，造成熟料結粒困難。因此對于運行操作不穩定的窯而言，上過(guò)渡帶熱端容易發(fā)生漂移，襯磚被高溫液相侵蝕后隨窯框波動(dòng)而剝落，而在下過(guò)渡帶及燒成帶這種風(fēng)險相對較小。

? ? ? ?高溫液相對襯磚的侵蝕主要通過(guò)堵塞襯磚熱面的氣孔，同時(shí)破壞鎂鐵或鎂鋁尖晶石的晶格，導致襯磚的微觀(guān)結構密實(shí)化而使襯磚喪尸機械柔韌性，在系統溫度變化時(shí)襯磚密實(shí)層與基本層由于膨脹比例不一致產(chǎn)生內應力，當內應力超過(guò)結合強度時(shí)密實(shí)化層便會(huì )脫落。被高溫熟料液相損壞的襯磚厚度較小，厚度一般不超過(guò)20mm，有別于有害成分腐蝕的損壞現象。

（高溫液相侵蝕損壞的耐火磚）

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二、對策

1、窯系統運行操作優(yōu)化

? ? ? （1）嚴格控制各原燃材料的質(zhì)量，對協(xié)同處置材料的揮發(fā)物成分含量達到質(zhì)量質(zhì)量控制要求。

? ? ? （2）對協(xié)同處置的物料做好均化，避免入窯時(shí)有害成分波動(dòng)太大導致結皮加劇。

? ? ? （3）合理控制入窯生料的細度，以80μm篩篩余12%-14%，200μm篩篩余不大于1.5%為好。

? ? ? （4）控制數量的硫堿比，最好在0.8-1.2左右。

? ? ? （5）穩定入窯生料及燃料的流量波動(dòng)，短期標準偏差不大于2%。

? ? ? （6）窯頭使用高推力燃燒器，合理設置內外風(fēng)，形成細短火焰，合理分布窯內熱工區域。

2、窯機械方面管理優(yōu)化

? ? ?（1）定期/在線(xiàn)測量各輪帶滑移量，正常運行時(shí)在12-15mm/圈為好，發(fā)現偏離及時(shí)開(kāi)停冷卻風(fēng)機。如長(cháng)期在25mm/圈以上，必須增加額外墊板。

? ? ?（2）定期監控回轉窯中心線(xiàn)偏差程度，一般控制冷態(tài)時(shí)左右偏差不超過(guò)±5mm，垂直偏差不超過(guò)±3mm。

? ? ?（3）定期監控關(guān)鍵部位的設備殼體厚度。

? ? ?（4）在經(jīng)常有大/暴雨的區域，殼體上方增設防雨棚，避免熱沖擊。

3、耐火材料選擇及施工

? ? ?（1）耐火材料優(yōu)先選擇本身具有阻止有害氣體公共特性的產(chǎn)品，并且選擇氣孔率小于15%的適用產(chǎn)品。

? ? ?（2）耐火材料施工時(shí)針對有害氣體的侵蝕注意工作面縫隙均用火泥填滿(mǎn)，合理設置膨脹縫，合理選擇膨脹縫填充材料，防止氣體短路進(jìn)入襯里內部。

? ? ?（3）保溫層選擇收縮率小的產(chǎn)品，收縮率大的保溫層不推薦單層布置。保溫層安裝要按每2-3㎡設置一道隔離層，防止保溫層出現問(wèn)題形成通縫。