回转窑耐火砖的主要作用是保护窑筒体不受高温气体和高温物料的损害,保证生产的正常进行。在工业生产中,烧成带耐火砖的使用寿命很短,往往导致计划外停窑检修,是影响水泥窑优质、高产、低耗和年运转率的关键因素。
一、耐火砖的侵蚀机理
无论是湿法窑还是新型干法回转窑,在熟料煅烧过程中,由于窑内气体温度比物料温度高得多,窑每旋转一圈,窑衬表面受到周期性的热冲击,温度变化幅度为150℃～250℃,在窑衬10mm～20mm表层范围内产生热应力。窑衬还承受由于窑的旋转而产生的砖砌体交替变化的径向和轴向机械应力,以及煅烧物料的冲刷磨损。
由于同时产生硅酸盐熔体,在高温环境下很容易与窑衬耐火砖表面相互作用形成窑皮初始层,并同时沿耐火砖的孔隙渗入到耐火砖的内部,与耐火砖黏结在一起,使耐火砖表层10mm～20mm范围内的化学成分和相组成发生变化,降低耐火砖的技术性能。当物料的烧结范围较窄,或者形成短焰急烧产生局部高温时,会使窑皮表面的最低温度高于物料液相凝固温度,窑皮表面层从固态变为液态而脱落,并且由表及里深入到窑皮的初始层,连同耐火砖表面薄层一起脱落,过后又形成新的窑皮初始层。当这种情况反复出现时,烧成带窑衬就逐渐由厚变薄,甚至完全脱落,导致局部露出窑筒体而红窑。实际上烧成带窑衬损坏情况正是如此,在高温区域残砖厚度大体上呈曲率半径较大的弧线分布,有时弧底就落在窑筒体的内表面上。
二、耐火砖的保护
回转窑烧成带是窑衬使用条件最苛刻的部位,镶砌优质耐火材料无疑会对延长窑衬的寿命起到重要作用。
1.耐火砖物理性能的影响
抗渣性是指耐火材料低抗化学侵蚀的能力。在形成窑皮初始层以及当物料烧结范围较窄或产生局部高温促使窑皮脱落情况下,抗渣性就显得非常重要,即使有较强抗渣性的碱性耐火材料,在这种情况下也显得无能为力。孔隙率及导热系数对于形成窑皮初始层有重要作用,并且在窑皮局部脱落时,孔隙率和导热系数较大的耐火材料有助于窑皮的及时补挂。但同时又有可能表现出极大的破坏作用,使耐火砖剥离的薄层脱落。
在耐火砖的生产过程中,其物理化学变化一般都未达到烧成温度下的平衡状态,也有烧成不充分的耐火砖,因而在回转窑中再次受高温作用时,大多数的耐火砖由于其本身液相的产生及孔隙的填充,发生不可逆的重烧收缩。因此,高温体积稳定性,在选用烧成带耐火砖时必须予以考虑。
热表面层状剥离是回转窑烧成带窑衬经受热震后损坏的主要形式,若同时发生局部窑皮脱落,就会使耐火砖使用寿命大为缩短。
2.燃烧与燃料喷嘴对耐火砖的影响
用煤作燃料时,煤的挥发分和灰分起着决定性的作用,直接影响火焰形状。挥发分较高而灰分较低的煤粉,可使黑火头缩短,形成低温长焰煅烧。这对保护窑衬一般是有利的。但若挥发分过高,着火太快,使出窑熟料温度高达1260℃以上,二次风温超过800℃,则极易烧坏喷嘴,使其变形或烧破出现缺口,产生紊乱的火焰形状,在其被更换之前就损害了窑衬。煤的挥发分过低,灰分太高则更为不利。
燃料喷嘴结构在生产中往往没受到足够的重视,喷嘴形状和出口尺寸主要影响煤粉同一次风的混合程度与喷出速度,有时为加强风煤的混合,还可在喷嘴内加装风翅。
3.生料成分波动对耐火砖的影响
生料化学成分的波动,不仅对熟料的煅烧和熟料质量有重要的影响,窑衬也会受到较大的损害。在铁铝含量较多时,物料烧结范围窄,操作上不易控制,有时表层熟料结粒良好,但物料底层却在涌出生料粉,既烧了窑皮,又使熟料f-Cao含量偏高。
生料喂料量的波动对窑衬的危害较大。当窑内来料太多时,就不得不关小窑尾排风量,加大煤粉用量进行逼火强烧,使烧成带热负荷迅速增加,该区的窑皮变薄,窑衬耐耐火砖受到严重损害。当窑内来料太少时,煤粉火焰明显下倾,扑向较薄的料层,若不及时调整风量和用煤量,极易烧坏窑皮和耐火砖。
