在碳酸钙工业生产中石灰立窑是提供CO2的重要装置。但是,石灰窑用耐火材料使用寿命短维修量大严重影响产品的综合成本和质量问题。选择合适的耐火材料改进砌筑工艺提高窑衬的使用寿命是厂家普遍关心的问题。
不同行业和不同地区对于石灰窑的窑衬材料虽然选择不尽相同但一般都以Al2O3-SiO2系列耐火砖为主或是粘土质耐火砖或是高铝砖。少数引进窑型已经选用了碱性系列砖如镁砖或镁铬砖等。综合这些材料在使用中的情况,耐火材料的耐磨性和抗碱性是直接影响窑衬使用寿命的二个主要指标。外耐火砖的价格也制约着推广应用。提高窑衬的使用寿命和降低窑衬的造价是合理选择窑衬材料和窑衬砌筑方法的主要内容。
1 窑衬材料的选择
窑衬是用来提高内表面对缎烧物料和气体介质引起的热力、化学和机械作用的抵抗强度。砌筑窑衬所选用耐火材料的基本要求是:耐高温,能在长期高温作用下化学稳定性好,重烧收缩性小,机械强度高,结构致密,气孔率低,有良好的耐磨性和耐腐蚀性。由于窑内各带的料层压力和温度要求不同,物料与气体介质之间所发生的物理和化学作用不同,所以窑内各带对采用的窑衬材料的要求就不相同。
石灰立窑的上部是预热段,温度不高。物料对衬砖的冲击和磨擦机械损坏是主要因素一般要求衬砖有较高的耐压强度和耐磨性。
立窑的下部,是冷却段,物料的化学反应结束温度相对也低。只是十几米高的料层压力会产生很强的机械损坏力。不过由于大量燃烧用风从这里入窑,风压较大。因此除同立窑上部一样要求衬砖有较高的耐压强度和耐磨性外,还要求砖缝要砌密实防止跑风。
界于上下部之间的立窑中部,既受到较大的料层压力,又处于锻烧反应区,工作温度很高内衬表面可能被侵蚀软化。物料的下降又对内衬产生磨损。因此这中间部分对衬砖的要求是耐高温而磨损耐高压强耐侵蚀和体积稳定。
对石灰立窑的窑衬以前一般采用耐火度在1700℃以上的普通粘土质耐火砖。这种砖与强碱性的石灰接触后侵蚀严重显著地降低了耐磨性和抗冲击性。
使用寿命短运行周期短。目前多改用高铝砖少数引进设备已经采用如镁铬砖等碱性耐火砖。含MgO在55%~70%的镁铬砖与高铝砖比较可以使立窑的使用寿命提高2~3倍。但是耐火砖价格高,是一般常用耐火材料的五倍,生产厂难以接受。此外,碱性砖特别是免烧结碱性砖的耐磨性不好加上石灰烧成温度高很难发挥免烧结碱性砖的特性制约了它的推广使用。
石灰生产过程中的锻烧反应温度一般控制在1100℃到1200℃,其中气体介质温度在1350℃左右,温度要求并不很高。窑衬材料不论是选用粘土耐火砖,还是选用高铝耐火砖,从耐火度角度来看都是可以的。造成耐火砖熔蚀的问题是石灰生产过程中伴随的多种矿物如、、以及硫磷等与石灰石一起发生反应使共熔温度降低到1200℃左右从而形成熔融体对耐火砖产生侵蚀。
我们采用磷酸盐结合高铝砖来取代窑衬的常用材料在石火窑的生产应用中取得了较为明显的效果。
磷酸盐结合高铝砖虽然与粘土质耐火砖及高铝质耐火砖一样同属于中性耐火材料但是因为它的致密度高热震稳定性好和一定的冷压强度等使它具有较好的抗碱性和较高的耐磨性。而且它的造价只是粘土质耐火砖的一倍以内与普通高铝砖相差不多。
在石灰生产中磷酸盐结合高铝砖是一种廉价优质的耐火材料完全可以替代常用材料而被广泛采用。
2 窑衬砌筑工艺
改造立窑的砌筑衬砖一般采用标准耐火砖或异型耐火砖等定型耐火砖规格小砖缝多整体性差容易造成窜火现象而严重影响使用寿命。
江南一家碳酸钙厂的新窑在点火升温后不到四个月的生产窑衬被砖缝窜火烧塌出二个大洞。窑火窜到窑壳外面而被迫停产检修。这是窑衬砌筑工艺不合理造成的。
我们提出采用大砌块砖型砌筑。按照立窑炉膛几何形状合理选择衬砖的几何尺寸简化砖型尽量达到机械制坯的工艺要求。对冷却带下段的弧线部分则采用耐热混凝土整体浇注的做法避免砖缝跑风。这样的砌筑改造后一定程度上提高了立窑的整体性和耐磨性。
有一些厂家对石灰立窑的整个窑衬采用耐热混凝土整体浇注制作虽然在使用寿命和降低热耗方面有所改善但是由于采用不定形耐火材料整体浇注的窑衬造价高施工困难,养护及烘窑工作量大我们认为并不是最佳做法。
通过对窑衬的改造一是简化了砖型;减少了规格提高了整体性二是提高了窑衬的耐磨性和抗碱性增加了强度三是大大延长了石灰窑的连续使用寿命降低了吨石灰的耐火材料消耗量。
我们在浙北一家轻质碳酸钙厂帮助改造窑衬后由于工人生产操作间题发生过一次窑内结大瘤事故。
采取卸窑冲水急冷处理后的窑衬内表面仍旧完好无损。这是因为磷酸盐结合高铝砖有较好的热震稳定性。
磷酸盐结合高铝砖作为石灰立窑的衬砖是理想的加上合理的砖型和严格的砌筑土艺能够延长窑衬的连续使用寿命降低产品的综合消耗指标增强产品市场竟争能力值得推广应用。
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