如何延长回转窑耐火砖使用寿命

众所周知，回转窑是水泥厂生产的心脏，而保护这个心脏得以安全运行的是耐火砖。为了克服耐火砖在使用中的无序状态，延长其使用寿命，保护设备安全，原国家建筑材料工业局曾于1995年制定过《水泥回转窑用耐火砖使用规程》，时至今日对正确使用耐火砖仍然具有实用价值。但最近几年来，新建厂较多、新人员较多，手头又缺乏基本的技术资料，给企业造成了一定的损失，故将该规程中关于使用的要点摘编如下，并将作者的一些看法和资料奉上，供有关技术人员和操作员参考。

一、《水泥回转窑用耐火砖使用规程》摘编 [作者提示：此规程由原国家建筑材料工业局于1995年开天辟地的组织制定，到目前为止，仍然是国内水泥窑用耐火砖的最高、最新、最具权威性、也是唯一的规程，其中包含了研究院所、制造厂家、使用单位的宝贵经验，也隐含有他们的惨痛教训。现在，原国家建筑材料工业局已经取消，该规程也不再具有强制性，但建议水泥厂的有关人员最好严格执行。如果硬想有所突破，靠自己在水泥厂另辟溪径，请提前作好交学费甚至更大损失的准备。

1，窑衬碱性耐火砖的热膨胀系数最大，热稳定性差，又用于窑内温度最高部位，升温和降温的梯度最陡,温差压力最大，最容易开裂剥落，寿命也最短。因此,升温和降温制度是使用的一大关键。 1.1湿法砌全部窑衬，以30℃/h升温为佳； 1.2只检修部分碱性耐火砖，以50℃/h升温为佳； 1.3停窑不检修砖，烧成带能保持在300℃以上，可加快到125℃/h升温； 1.4在窑胴体椭圆度正常情况下,可适当加快升温速度： 20~300℃区段,可加快至240~300℃/h； 800~1450℃区段,可加快至60℃/h； 300~800℃关键段,以30℃/h为最佳,最快也不能超过50℃/h；这是必须保证的烘烤升温制度。按此制度总结烘烤时间如下：生产线规模换砖情况常温到800 0C常温到投料 2000t/d全部新窑衬≥8h≥22h 2000t/d只换碱性砖≥8h≥18h 4000t/d只换碱性耐火砖≥10h≥22h

2，预热器烘烤： 2.1对水硬性浇注料，为了解决附着水和化学结合水，24小时内不得烘烤； 2.2对含浇注料层在内的复合衬里，烘烤时间应达到1星期； 2.3对只使用浇注料的衬里，其具体升温制度应如下：温度区段升温速度需用时间累计时间 20~200℃15℃/h12h12h 200℃保温20h32h 200~500℃25℃/h12h44h 500℃保温10h54h 500℃到使用温度40℃/h18h72h

3，烘窑必须是连续进行，不得中断。万一中断： 3.1在时间短、保温好的情况下，可以从实际降到的温度开始，接续烘烤； 3.2如中断的时间较长，则必须按冷窑制度降至常温，重新开始烘烤。

4，烘窑期间，应按烘窑制度转窑，力求烧成带内砖各处温度均匀,保证窑胴体中心线规整，椭圆度正常。

5，停窑而不换砖时,必须慢冷以保证窑衬安全。应在停窑后用辅助传动间隙转窑，并停高温风机且关闭阀门，维持最小负压（例如在排风机处为30mmH2O），经24h后方可打开窑门来加快冷却。对于传统小窑，畜热量小及密闭条件差，冷却时间可以适当缩短，停窑时立即关闭高温风机阀门，使高温风机保持空转，等窑皮和窑料表面变黑，不见红料，方可逐步开大阀门用排风机冷窑（抽风快冷）。达到窑皮及窑料变黑，大致需要5~8h不等。

6，挂窑皮及保护窑皮：在正常窑皮保护下，碱性砖表面温度由无窑皮的1400℃左右降到600℃左右，砖内温度梯度显著平缓，显著地抑制了渗入变质的破坏作用，有效延长了碱性耐火砖的寿命。 6.1窑皮稳定存在的基本条件： a,入窑料（含窑灰、煤灰等)成分稳定且适当； b,火焰位置与窑温必须稳定且合适； c,窑体规整性好,椭圆率正常； d,窑运行稳定，开停次数极少。 6.2正常挂窑皮：坚持用与煅烧熟料一样的正常温度挂窑皮，严格控制挂窑皮期间的熟料质量，升重正常，既不出黄料和生料，也不产生大量大块和大量拳头大小的料球，保持熟料颗粒细小均齐。采用镁铬砖时，分解窑的挂窑皮时间最多一天；采用白云石砖时可以更短。为求挂窑皮期间操作方便，必要时可适当减少喂料量。 6.3保护好窑皮：要经常观察控制、严密监视胴体表面温度，发现窑皮蚀薄、筒体温度升高，要及时补挂，补挂时也可适当减少喂料量，且不考核补挂的班产量。窑皮是回转窑的命根子，保护窑皮就是在保护生命，补挂窑皮就是在抢救生命，留得青山在才能有柴烧。因此，窑操作员上班的第一要务就是保护窑皮！ 6.4从设备上讲，窑胴体表面温度不应超过370℃（瞬时不大于400℃）。如掌握失当，一旦超过了这一温度，应及早采取降温措施，窑温在正常煅烧范围内偏低控制，适当减料，加紧补挂窑皮。

二、建立一些基本观念 1，一般来讲，在挂窑皮期间产量都比较低，但这不能理解为产量低有利于挂窑皮，而是低窑速有利于挂窑皮。减产的目的是为了降低窑速并保持合理的填充率，较低的窑速和适当偏高的填充率才是挂窑皮的基本条件（取其极端，停窑能压补就是这个道理。注意：停窑压补在操作中是严禁行为）。 2，控制砖的升温速度，主要是控制砖的热面与冷面的膨胀差值，这与导热系数有关，另外还要考虑砖的热面温度与窑胴体的温度差值，实际上是砖的膨胀量与窑胴体的膨胀量相适应的问题。否则，砖膨胀的快而窑胴体膨胀的慢，砖将受到窑筒体的挤压，砖的膨胀力是非常大的，有可能超过砖的耐压强度而损坏。因此，由于耐火砖热面的升温膨胀在先，在砖热面升到一定温度后,要有一段恒温时间，以便让砖的热面膨胀等一下砖的冷面膨胀和窑胴体的膨胀! 3，大窑内火焰温度可达1700℃以上，若无窑皮保护，耐火砖极易因砖内温差应力太大而炸裂剥落。窑皮的导热系数为1.163w/mk，而碱性砖的导热系数为2.67~2.97w/mk，如能维持150~200mm左右的窑皮，则碱性砖的热面温度可维持在600~700℃，使热面层的热膨胀率由无窑皮的1.5%降到有窑皮的0.6~0.7%，这就是窑皮的作用。无窑皮时,碱性砖的热面层的热膨胀率很大，造成窑衬内温差压力可达30~70MPa，超过砖的强度，导致砖的开裂和随窑皮而剥落。 4，窑体淋水，特别是窑筒体已经烧高后的淋水，使窑胴体的膨胀对砖膨胀量的吸纳作用大为减小，增加了对砖的挤压力，为了延长砖的使用寿命，有必要取消窑胴体淋水。实际上，窑体淋水虽然能很快的补挂窑皮，但这种窑皮并不结实，好挂也好掉。窑体吹风也是这个道理，只不过是比淋水危害小点罢了。实际上只要我们平时注意保护窑皮并及时补挂窑皮，这种窑皮比通过吹风淋水强挂的窑皮要好得多。所以，海螺集团近几年新建的分解窑，已不再设置窑筒体冷却风机。 5，窑升温的几个关键： 5.1对于干砌的镁铬砖：在300℃以下,由于其膨胀量不足以超过砖缝，升温或降温较快对砖也无大碍,因此在砖面温度20~300℃区段,容许升温速度达到240~300℃/h；在800℃以上的普通镁铬砖，或1000~1200℃或更高温度下的直接结合镁铬砖，因为砖内熔体的出现使砖内发生一定的软化，形成应力松弛现象，因此升温稍快也无大碍，在砖面温度800℃普镁砖(1000℃直镁砖)~1450℃区段，升温速度以60℃/h为好；关键在中间阶段，普镁砖300~800℃、直镁砖300~1000℃（视砖的成分而定，有的直镁砖在300~1200℃），升温速度需控制在30~50℃/h。 5.2对于白云石砖，在烘烤中不如其它砖那样敏感，稍快或稍慢的升温制度对其无显著恶果，因此烘烤白云石砖的新窑衬时，升温速度便取决于其他部位的耐火砖。烘烤中即使胴体表面温度瞬时超过400℃，但白云石砖很早就能挂上窑皮，会迅速降回到250℃以下。因此，对窑皮不稳的水泥生产厂，使用白云石砖较镁铬砖更好些，但要特别注意白云石砖的用前管理，尤其是防潮防水。应该注意的是，目前国内生产的白云石砖还不尽满意。 6，关于砖的热工监控基准有： 6.1以耐火砖的热面温度为控制基准； 6.2以距烧成带中心10m处的筒扫温度为控制基准； 6.3以窑尾烟室废气温度为控制基准。应该说三种方法均属可行，但由于受现场条件所限，国内厂家多以窑尾烟室废气温度为控制基准。由于窑尾烟室废气温度受窑内通风、煤粉质量、火咀调节导致的火焰长短不同的影响，其和砖的热面温度的相关性较差，这一点应该给以充分考虑。 7，关于砖耗：由于耐火砖的消耗在水泥生产成本中占有较大的比例，应该给以足够的重视。就目前来讲，耐火砖的消耗水平为：项目碱性耐火砖消耗全系统消耗国内先进水平0.5kg/t熟料1.0kg/t熟料国际先进水平0.05kg/t熟料0.5kg/t熟料  

三、冀东水泥厂的烘窑制度冀东水泥厂检修窑衬后的烘窑制度之一表：时间区段0~1h1~10h10~15h15~19h19~20h 窑尾温度环温~180℃185~500500~700700~10001000~1050 升温速度约185℃/h35℃/h40℃/h75℃/h

四、Kerbela水泥厂的开停窑制度 1，升温投料：对烧成带没有换砖的冷窑。点火后2h，现场转1800；点火后3h，现场转1800；以后每隔0.5h，现场转1200；点火21h后，每20min现场转1200；点火23h后，每15min现场转1200；点火27h后，每10min现场转1200；点火第28~29h，连续转窑1h；之后根据系统情况开始投料。该厂窑为ф4.2×68m，设计能力为3200t/d。初始投料量设定为满负荷的35%，与之对应的投料量为70t/h。当投料量加到80~100t/h时，分解炉点火投入运行。 2，正常停窑： 2.1每隔半小时减料30t/h，并相应减少分解炉油量。当喂料量减至100t/h时，分解炉止火； 2.2分解炉止火后，30min~1h内可停止喂料； 2.3止料后，应根据窑尾和烧成带的温度及时调节窑头油量。以防止温度过高而涮窑皮，也要防止温度波动过大导致垮窑皮； 2.4止料后，熟料量逐渐减少，在此过程中要适当调节冷却机风量、篦床速度，当熟料

不多时，一般先将第二段和第三段除最后1台外的风机停掉； 2.5止料后，当窑内物料基本倒空，窑头可止火，进入冷窑阶段。 3，冷窑制度： 3.1窑头止火后： a，窑由主传动连续转窑改为辅助传动间隙翻窑； b，同时关闭高温风机阀门（实际上仍有漏风）、适当打开冷风阀（其目的是保护高温风机）； c，旁路系统继续运行冷窑（旁路系统的风量要小得多）。 3.2当窑温度降至4000C以下时，可停高温风机和旁路风机； 3.3辅助传动间隙翻窑：第1h每5min转1/3；第2h每10min转1/3；第3h每15min转1/3；第4h每20min转1/3；第5h每25min转1/3；第6~20h每30min转1/3；当烧成带筒体表面温度＜1000C后，转1/2停窑；停窑4~5h后，再转1/2彻底停窑。

五、有关窑衬的主要损坏机理 一般将预分解窑窑内分为４个带，即分解带、过渡带、烧成带和冷却带。四带中，烧成带窑衬最为关键，目前国内外在预分解窑烧成带主要采用碱性耐火砖。热、机械和化学３种因素构成了窑衬内的应力并导致其破坏。随窑型、操作及窑衬在窑内位置的不同，上述因素的破坏作用亦不同。其中起决定性作用的是火焰、窑料和窑筒体的变形状况，它们使窑衬承受各种不同的应力。对碱性砖，具体有８种破坏因素，即熟料熔体渗入、挥发性组分的凝聚、还原或还原－氧化反应、过热、热震、热疲劳、挤压和磨刷。但这８种因素对窑内不同带砖衬的破坏作用各有不同，现就这８种因素损坏碱性砖的机理分别作一简述。 1，熟料熔体渗入：熟料熔体主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF。其中渗入变质层中的C2S和C4AF会强烈地溶蚀镁铬砖中的方镁石和铬矿石，析出次生的CMS和镁蔷薇辉石(C3MS2)等硅酸盐矿物，有时甚至还会析出钾霞石；而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在, 550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有一定渗入侵蚀作用。 2，挥发性组分的凝聚：预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分的富集。由生产实践，窑尾最热级预热器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分别比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位(800℃～1200℃区段后)，物料中的挥发性组分将会在所有砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以外的相邻组分，导致砖渗入层的热震稳定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使砖碱裂损坏，并在热－机械应力综合作用下开裂剥落。因预分解窑从窑尾至烧成带开始整个无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。 3，还原或还原－氧化反应：当窑内热工制度不稳时，易产生还原火焰或存在不完全燃烧，使镁铬砖内的Fe3+还原或Fe2+，发生体积收缩，而且Fe2+在方镁石晶体中迁移扩散 能力比Fe3+强得多，这又进一步加剧了体积收缩效应，从而使砖内产生孔洞、结构弱化、强度下降。同时，窑气中还原与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀的体积效应反复发生，砖便产生化学疲劳。这一过程主要发生在无窑皮保护的镁铬砖带。 4，过热：当窑热负荷过高，使砖面长时间失去窑皮的保护时，热面层基质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多孔(一般易发生于烧成带的正火点区域)，从而不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳，易于损坏。 5，热震：当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增(甚至高达上千度)，而使砖内产生很大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，最后使砖碎裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带区域。 6，热疲劳：窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分解窑转速为3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多。这种温度升降多次重复导致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了砖的剥落损坏。 7，挤压：回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力学负荷；砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。 8，磨损：预分解窑窑口卸料区没有窑皮保护，而熟料和大块窑皮又较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。 六、降低窑衬消耗的基本措施 1，注重衬料的选型和合理匹配新型干法窑特别是大型预分解窑，使用了热回收效率在60%以上的高效冷却机以及燃烧充分且一次风比例较少的多通道喷煤嘴(火力集中，灵活可调)；且窑头和窑罩又加强了密闭和隔热,因此,出窑熟料温度可高达1400℃,入窑二次风温可高达1200℃，从而造成系统内过渡带、烧成带、冷却带及窑门罩、冷却机高温区以及燃烧器外侧等部位的工作温度远高于传统窑。因此： a，烧成带正火点可使用直接结合镁铬砖、特种镁砖或白云石砖； b，正火点前后两侧,视设备、操作和原燃料情况，可采用与正火点相同的砖或普通镁铬砖。最近开发的可挂窑皮的硅莫砖也正在向烧成带的末端发展； c，过渡带则主要使用尖晶石砖、富铬镁砖或含锆增韧白云石砖。近年开发的铝质砖---硅莫砖，也在过渡带取得了很好的效果，而且不挂窑皮的品种可有效防止后结圈； d，窑卸料口内衬是大型窑窑衬中最薄弱环节之一，新窑或规则的窑上可用碳化硅砖、硅莫砖、镁铝尖晶石耐火砖或直接结合镁铬砖。对窑口温度较低的窑，可使用热震稳定性优良的高铝耐火砖或磷酸盐结合高铝砖；若窑口变形时则可用刚玉质或钢纤维增强刚玉质浇注料或低水泥型高铝质浇注料。 2，准确把握局部挖补与整段更换窑衬的界限两者界定的一般原则为：掉砖处周围的厚度不低于120mm，且掉砖周围砖的实际使用时间不长、未受过恶劣条件的折腾、结构未发生裂缝和排列错乱现象，这时可采用挖补的方法，否则就需要进行整段更换。正确的判断，不仅可以降低窑衬消耗，缩短停窑时间，而且可提高窑的运转率。 3，坚持合理的烘窑升温制度窑衬砌筑好后还须妥善烘烤，烘烤时升温不能过快，以免产生过大的热应力而导致砖衬开裂、剥落。由于耐火砖的品种较多，根据实践及文献介绍，使用Ｂ型砖时，因砖数量较多，对砖衬膨胀的衬偿量较大，按0.5℃／min～1℃／min区段内的升温制度烘烤时，砖衬内压应力总是低于砖的强度，非常安全。因此，预分解窑一般都选择Ｂ型砖作为窑衬。有些厂家更换窑衬后急于投料生产，常采用6～8h的快速烘窑制度，加之缺乏必要的措施来保护窑体和窑衬的安全，导致窑体及窑衬不必要的损坏。尤其直接结合镁铬砖对6～8h的快速烘窑不适应，应注意。窑衬烘烤必须连续进行，直至完成且要做到“慢升温，不回头”。为此烘烤前必须对系统设备联动试车，还要确保供电。此外，停窑时窑衬的冷却制度亦对未更换砖的使用寿命有很大影响，因此停窑不换砖时必须慢冷以保窑衬安全。对于大型预分解窑，在停窑时可用辅助传动进行慢转窑，扣风，并在24ｈ后方可打开窑门进行快速冷却。 5，窑皮的粘挂及保护烧成带及其两侧过渡带砖衬上窑皮的稳定与否，这是影响砖衬使用寿命的决定性条件。新砖砌好，按正常升温制度达投料温度后，即进行投料。第一层窑皮的形成就是从物料进入烧成带及前后过渡带时开始，必须严格控制熟料结粒细小均齐，配料合理；耐火砖热面层中应形成少量熔体（俗称：出汗），使熟料与砖面牢固地粘结。粘结后，砖衬表面层温度降低，熔体量减少，粘度增大，粘结层与砖衬面间粘结力就越大；而熟料继续粘到新粘结的熟料上，使窑皮不断加厚，直至窑皮过厚，窑皮表面温度过高而造成该处熟料中熔体含量过多且粘度小，熟料不能再相互粘结为止。第一层窑皮粘挂的质量优劣对延长窑衬寿命有重要的作用。窑皮实质上是窑料的流量和成分。窑正常运行时，入窑燃料的质和量及其燃烧性状，以及耐火砖在高温下的性态等是不断变化的。因此为了挂好窑皮且保护好窑皮，必须采取相应的保护措施： a，砌完砖必须进行窑内清理；投料后应严格保证系统温度及烧成带温度，使第一批窑料和该处耐火砖同时处于良好的挂窑皮状态。挂窑皮时喂料量按正常量的80%即可； b，开窑前要严格检查燃烧控制系统、喷嘴结构和位置及火焰形状，并使之保持正常。预分解窑挂窑皮时间一般为1d。 6，减少停窑次数，提高预分解窑的运转率所谓：“机怕开，电怕停，耐火砖最怕开开停停”。由于频繁的非计划开停窑，往往是紧急止料停窑，会造成衬砖热面迅速冷却，收缩过快，砖内产生严重的破坏应力，应力随多次停窑频繁作用于砖内，导致其过早开裂损坏；再次开窑时，砖热面层往往随窑皮剥落，还使窑衬内砖位扭曲，降低窑衬使用寿命。那么，如何减少开停窑次数呢？ 6.1对生产者来讲： a，首先设备运转要稳定，这是前提； b，第二煤和料的质要稳，这是基础； c，第三煤和料的量要稳，这是责任。 6.2对操作者来讲：“预打小慢车，防止大变动”。关键在一个预字，只有预想预料预计，才能预见，才能做到预调和预处理；只有预调和预处理，才能防止大波动和大事故；只有杜绝大波动和大事故，才能防止大变动。 6.3正确的选择和使用火咀（燃烧器）：对水泥厂生产熟料来讲，火咀就是我们手中的枪，能否把枪用好直接关系到战斗的胜负。鉴于篇幅所限，将写专题讨论。总之，影响窑衬消耗的因素较多，也较复杂，只有不断摸索，采用新技术、新材料，提高操作和管理水平，才能达到既可降低消耗，又可使窑系统均衡稳定运转之目的。