石灰窑内耐火材料脱落的原因分析及改进解决办法
发布日期： 2019-10-25 09:20:56 阅读量（892） 作者：张红鞍钢鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部有4条产能900t·d的回转窑，3条回转窑用于生产活性石灰(其中任意1条回转窑均可以煅烧白云石)，另一条回转窑用于生产轻烧白云石。回转窑容易造成脱落或损坏的部位是挡砖圈、轻质高铝砖及窑头、窑尾浇注料等。
作为石灰窑重要组成部分的耐火材料其使用寿命及使用效果越来越受到同行业者的关注和研究。在实际生产中，往往因为石灰窑某部位耐材的使用寿命很短导致非计划停窑检修，影响石灰窑优质、高产、低耗和年运转率。本文通过对石灰窑耐材材质的重新选择、砖型的重新设计、新型隔热材料的应用及砌筑方案的优化等方面进行研究，以期提高耐火材料使用寿命，减少停开窑次数，提高石灰窑运转率，有效的降低石灰生产成本。
石灰窑耐材脱落原因分析
1.1预热带耐材
预热带原耐材配置隔热层为轻质高铝砖，工作层为优质黏土砖。通过停窑后进入窑内观察发现，造成黏土砖经常出现塌陷、凸起和下部空洞3种状态而导致黏土砖最终脱落的主要原因为：
1)轻质高铝砖的耐压强度和体积密度小，导致其先于黏土砖损坏。
2)在预热带每环砖增加了6块(或3块)扬料器(见图1)，导致每环需要重新加工的砖在12块(或6块);如果不加扬料器则只有2～3块的黏土砖需要加工。接口越多，需要加工的砖也越多，尺寸变小，在受到热膨胀不均匀的情况下更容易脱落。
3)黏土砖沿厚度方向上热膨胀不同造成的脱落。沿窑衬的厚度方向受温度作用的影响形成了热膨胀率不同的带层状结构，随着时间的推移，此种现象导致黏土砖的个别带层产生内应力而脱落。
▲图1 回转窑筒体耐材原有的扬料器
1.2煅烧带高铝砖
1.2.1化学侵蚀损坏
抗剥落高铝砖的矿物组成主要是莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)、刚玉(Al₂O₃)和玻璃相。石灰质组成与砖衬之间发生了固相反应，固相反应改变了耐火砖原有的组织结构，当入窑物料成分不当或窑温过高时，液相过多渗入、沉积，导致高铝砖的结构疏松、脆硬，从而降低了砖衬的使用寿命。另一方面，因入窑生料成分及入窑生料量不稳定等原因造成窑温过高，物料中的SiO₂组分与窑砖中的Al₂O₃组分生成二次莫来石，形成重结晶，砖衬体积增大，造成炸裂。
1.2.2机械性损坏
从炸裂的耐火砖表面看，砖体有裂纹、掉边、掉角情况，甚至有许多砖掉半块，这说明耐火砖是在筒体运输过程中受到了扭力，此巨大扭力对砖衬造成压缩、弯曲、拉伸、剪切等应力的复杂综合作用，使耐火砖内裂纹扩大，导致耐火砖结构破坏。
1.2.3热应力损坏
停窑时或设备出现故障时，冷空气迅速进入窑内，砖衬温度骤然降低，砖面层收缩，砖表面层与窑体热砖层之间热应力过大而脱离，造成大面积的砖面在受到化学侵蚀后而脆化，在界面处断裂、剥落。
新型耐材选用及改进措施
2.1预热带新耐材
针对预热带黏土砖脱落原因，采取了以下2项改进措施：1)取消该部位的轻质高铝砖，重新设计了此部位的黏土砖，新旧砖型如图2和图3所示;2)取消此部位的扬料器，如图4所示。
▲图2 原黏土砖型
▲图3 重新设计的黏土砖型
▲图4 取消扬料器后的砌筑图
通过以上两个方面的改进，此部位的黏土砖使用寿命由4个月延长到1年以上，并且多次处理故障温度变化较大时也未出现过掉砖现象。
2.2煅烧带新耐材
根据上述原因分析，必须选择合适的材料代替高铝砖。从现场使用情况来看，镁铝尖晶石(化学式为MgO·Al₂O₃，其中MgO₂8.2%,Al₂O₃71.8%)是一种熔点高(2135℃)、热膨胀系数小，热震稳定性好、抗碱侵蚀性能力强的材料，是较好的替代品。但其导热系数高于高铝砖，因此砌筑时在其下部采用了一种隔热毡。此隔热毡具有一定的耐压强度，隔热效果好，与镁铝砖寿命相近。砌筑方式如图5所示。几种材质的理化性能指标对比列于表1。
▲表1 高铝砖、镁铝尖晶石及新型隔热毡的理化指标
▲图5 新型隔热毡及其砌筑方式
使用隔热毡效果较好，比不使用隔热毡的同部位温度降低20℃。使用隔热毡部位筒体表面最高温度降低65℃，平均降低30℃，可使石灰窑筒体表面温度降低到350℃以下。使用前后筒体表面温度对比如图6所示。
▲图6 使用新型隔热材料前后筒体煅烧带温度对比
2.3应用效果
通过优化石灰窑耐火材料的配置和砌筑，提高了回转窑的运转率，保证炼钢石灰及烧结石灰的供给，提高回转窑耐火材料使用寿命达1年以上，降低石灰窑筒体表面温度在350℃以下，减少了煤气消耗，降低了吨石灰的热量消耗(2%左右)。一条石灰窑年产石灰25万t，使用新型隔热材料后，成本可降低9.14元·t-¹，一条窑年降低成本约230万元。
结 语
根据石灰窑各部位耐火材料的使用条件，通过对耐材材质的重新选择、砖型的重新设计、新型隔热材料的应用及改进措施等方面的研究，提出了延长回转窑使用寿命的措施。目前已实现石灰窑耐火材料使用寿命由4个月提高1年以上，并且回转窑简体煅烧带表面温度降到了350℃以下，降低了吨石灰的热量消耗2%左右，生产成本节约了9.14元·t-¹，同时提高和保证了回转窑耐材使用的安全性。
鞍钢鲅鱼圈分公司炼钢部
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