耐火材料壽命的影響因素

 

 

影響窯內(nèi)耐火磚壽命的因素很多。通過理論分析結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，認(rèn)為主要有三個方面，即機械應(yīng)力、熱應(yīng)力和生產(chǎn)操作的影響。

 

2.1機械應(yīng)力對耐火磚壽命的影響。

 

機械應(yīng)力是物體因外因變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，抵抗這種外因的作用，從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置。窯內(nèi)耐火磚承受的機械應(yīng)力超過自身強度時，磚體在應(yīng)力作用下局部或全部損壞[2]。產(chǎn)生機械應(yīng)力的主要原因如下

 

(1)橢圓變形。由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯磚、窯材料和筒體本身的重量等綜合因素，窯筒體變形，在重力和熱負(fù)荷的作用下，筒體的圓形截面變成橢圓形。窯運轉(zhuǎn)時，橢圓對耐火磚產(chǎn)生機械應(yīng)力，橢圓度越大產(chǎn)生的機械應(yīng)力也越大。橢圓度變化產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用在各環(huán)磚的剪切方向，磚變成環(huán)狀剝落，剝皮厚度均勻，硬。

 

(2)旋轉(zhuǎn)窯軸線偏移。旋轉(zhuǎn)窯由輪帶、托輪、托輥支撐，其軸線由窯各斷面圓中心點連接，在一條直線上，但窯筒體安裝和部分筒體切割更換后，窯體運轉(zhuǎn)一段時間后，窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，在熱負(fù)荷和負(fù)荷的作用下，窯體軸線偏移。之后，經(jīng)過長時間的運轉(zhuǎn)，皮帶和皮帶的磨損、皮帶的外部偏移和內(nèi)部偏移，各支點的負(fù)荷條件發(fā)生變化，特別是支點的負(fù)荷過大的情況下，皮帶的軸瓦燒損、皮帶和皮帶的表面容易發(fā)生異常的剝離和裂紋，窯體的軸線的偏移進(jìn)一步加劇耐火磚損壞后形狀的深度不同。

 

2.2熱應(yīng)力。

 

熱應(yīng)力是指溫度變化時，物體由于外部制約和內(nèi)部各部分之間的制約，不能完全自由膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。高溫?zé)崤蛎洠菀资鼓突鸫u產(chǎn)生軸向膨脹擠壓應(yīng)力，是窯內(nèi)耐火磚剝落、破損的重要原因之一。以鎂鉻或尖晶石磚為例，l400℃的膨脹率可以按1.6%計算[3]，長198mm的耐火磚膨脹量可以達(dá)到3.17mm，這么大的膨脹，如果不能正確留下接縫，過大或過小會使耐火磚抽簽、脫落、剝落，嚴(yán)重縮短耐火磚的壽命。耐火磚因熱應(yīng)力而破壞的形式

 

2.3生產(chǎn)操作對耐火材料壽命的影響。

 

生產(chǎn)操作對耐火磚壽命的影響機理復(fù)雜，因素多，目前主要從以下兩個方面進(jìn)行分析。

 

(1)燒制溫度過高引起的磚損傷。新型干法預(yù)分解窯內(nèi)火焰溫度可達(dá)1700℃以上，其過渡帶、燒制帶、冷卻帶、窯頭罩、冷卻機喉部和高溫區(qū)、噴嘴外側(cè)部的工作溫度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯對應(yīng)部的溫度。即使采用耐火材料，大型旋轉(zhuǎn)窯的過渡帶、燒制帶和冷卻帶的窯襯里壽命一般為0.5~1年，短的只有3~5個月的窯口和噴嘴襯里壽命一般為0.5~1年，甚至更短的窯頭罩和冷卻機喉部窯襯里壽命約為2年。在試制階段，通常回轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)率一般只有70%~75%以下，極少數(shù)達(dá)到85%~90%。再加上預(yù)熱器、分解爐的運轉(zhuǎn)狀況不佳，入窯材料的分解程度不穩(wěn)定，窯內(nèi)各工藝帶的位置頻繁變動，窯的操作不穩(wěn)定，窯的襯里更快。例如，如果燒制溫度過高，窯內(nèi)的耐火磚會損傷熔洞。

 

(2)窯速快引起的磚損傷。新型干法預(yù)拆窯的轉(zhuǎn)速通常達(dá)到3~3.7r/min，甚至達(dá)到4r/min以上，回轉(zhuǎn)窯筒的線速達(dá)到1m/s以上。在高轉(zhuǎn)速、大直徑、高溫新型干法窯上，窯襯受熱應(yīng)力、機械應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的綜合破壞效果遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)窯。這要求新型干法窯在冷狀態(tài)和熱狀態(tài)下，其窯襯必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性。

 

3延長耐火材料壽命的技術(shù)措施。

 

3.1橢圓度變形的控制。

 

橢圓率是反映旋轉(zhuǎn)窯筒體橢圓變形程度的重要指標(biāo)，公式如下(瑞士Holderbank公司初提出)

 

式中:W-橢圓度

 

Da-窯的有效內(nèi)徑，m

 

D-筒體的外徑，m

 

σ-筒體測量儀測量的大偏差值，m。

 

瑞士Holcim公司(原名Holderbank)提出的橢圓率管理數(shù)值，一般作為橢圓率的管理基準(zhǔn)值，該數(shù)值有上限值和下限值，與窯徑直線相關(guān)，上限和下限之間的部分在理想范圍內(nèi)，請參照圖6。上限值是對荷重或間隙造成的大窯變形造成的耐火磚損壞所能容許的大限值，超過上限會對磚造成不良影響，造成磚脫落等事故，造成耐火磚損壞。下限值是為了避免間隙不足時窯筒被帶夾住(所謂帶夾現(xiàn)象)的值。

 

實踐表明，磚的損失速度與熱窯橢圓率有一定的關(guān)聯(lián)性，以其關(guān)系獲得的近似公式

 

W=1.22×0.002Dm+1.5V。

 

W¤=W/D×100%

 

式中:W¤-橢圓率，%

 

W-橢圓度

 

Dm-皮帶直徑

 

D-筒體直徑

 

V-滑動量

 

窯期(窯從開始到停產(chǎn)檢查的時間)為1年時，熱窯橢圓率的允許值應(yīng)控制在0.42%以下，窯期為半年時，橢圓率應(yīng)控制在0.78%以下。但是，在燒成區(qū)域，橢圓度的增大會導(dǎo)致結(jié)皮不穩(wěn)定，導(dǎo)致熔化損傷等異常損失，因此燒成帶必須進(jìn)行更嚴(yán)格的橢圓率管理。

 

橢圓率管理不僅對穩(wěn)定大窯操作，延長磚的壽命具有重要意義，而且定期測定熱窯橢圓度也能準(zhǔn)確把握機械狀況，制定更準(zhǔn)確的大窯維護(hù)計劃。

3.2回轉(zhuǎn)窯軸線偏移的控制。

 

在實際生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格控制窯軸線偏移不得超過3mm。否則，必須進(jìn)行偏移處理。實踐證明，窯體在熱狀態(tài)下軸線調(diào)整正確時，筒體的彎曲和扭曲小化，各支點的負(fù)荷分布也適當(dāng)，窯內(nèi)耐火磚、大窯筒體、帶下墊板(座板)、帶、支撐輥、輥軸、輥軸的壓力較小因此，必須加強熱狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)窯軸線的在線檢測和偏移的及時糾正。

 

大窯軸線的調(diào)整方法有兩種:一種是在冷窯情況下，在大窯內(nèi)部尋求各支點和大齒輪軸心，使用光束，在調(diào)整輥的同時將旋轉(zhuǎn)窯軸線調(diào)整到一條直線上，另一種是在旋轉(zhuǎn)窯熱狀態(tài)下，從大窯外部尋求各支點的旋轉(zhuǎn)軸心實踐證明，后者更有效。

 

3.3合理確定環(huán)縫尺寸，減少熱應(yīng)力影響

 

環(huán)縫是在旋轉(zhuǎn)窯進(jìn)行耐火磚砌筑時，為了減少高溫時耐火磚膨脹產(chǎn)生軸向擠壓應(yīng)力對耐火磚的損傷而設(shè)置在每個環(huán)的耐火磚之間的間隙。環(huán)縫尺寸的大小應(yīng)根據(jù)耐火磚的線性膨脹系數(shù)、使用溫度等計算確定。通過計算，燃燒帶耐火磚的膨脹量為3.17mm，實際構(gòu)筑時，接縫尺寸為3.5mm~4.0mm之間，各接縫間的貼板可以采用燃燒溫度高的纖維板(日本耐材行業(yè)專用)，研究窯的操作制度，正常生產(chǎn)時也要控制熱工制度的穩(wěn)定，大限度地減少軸向的擠壓力。

 

3.4燒成溫度的控制

 

燒成溫度對耐火磚壽命的影響極為顯著。因此，合理控制燒成溫度，大限度地延長耐火磚的壽命，提高窯的利用率，率，降低耐火材料的消耗量，才能增產(chǎn)、降低成本。高溫度管理應(yīng)進(jìn)入工藝管理過程，可結(jié)合火焰比色、測溫儀、熟料晶相分析等方法進(jìn)行測試。其中，火焰比色一般控制火焰溫度1500~1600℃的溫度計主要控制熟料落口溫度，一般控制在1320~1400℃的熟料晶相分析中C3S的雙折射率，一般控制在0.007~0.008。

3.5窯速的管理與控制。

 

在生產(chǎn)操作過程中，不能只追求高轉(zhuǎn)速提高熟料產(chǎn)量。材料量、窯轉(zhuǎn)速和窯內(nèi)燒制情況的一致，不能取得佳效果。另外，根據(jù)熟料晶相的尺寸、生長狀況，可以判斷窯速的控制值是否適當(dāng)。