耐火材料壽命的影響因素

 

 

影響窯內耐火磚壽命的因素很多。通過理論分析結合實際生產經驗，認為主要有三個方面，即機械應力、熱應力和生產操作的影響。

 

2.1機械應力對耐火磚壽命的影響。

 

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

 

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

 

(2)旋轉窯軸線偏移。旋轉窯由輪帶、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，窯體運轉一段時間后，窯內熱工制度不穩定，在熱負荷和負荷的作用下，窯體軸線偏移。之后，經過長時間的運轉，皮帶和皮帶的磨損、皮帶的外部偏移和內部偏移，各支點的負荷條件發生變化，特別是支點的負荷過大的情況下，皮帶的軸瓦燒損、皮帶和皮帶的表面容易發生異常的剝離和裂紋，窯體的軸線的偏移進一步加劇耐火磚損壞后形狀的深度不同。

 

2.2熱應力。

 

熱應力是指溫度變化時，物體由于外部制約和內部各部分之間的制約，不能完全自由膨脹而產生的應力。高溫熱膨脹，容易使耐火磚產生軸向膨脹擠壓應力，是窯內耐火磚剝落、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，嚴重縮短耐火磚的壽命。耐火磚因熱應力而破壞的形式

 

2.3生產操作對耐火材料壽命的影響。

 

生產操作對耐火磚壽命的影響機理復雜，因素多，目前主要從以下兩個方面進行分析。

 

(1)燒制溫度過高引起的磚損傷。新型干法預分解窯內火焰溫度可達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、噴嘴外側部的工作溫度也遠遠高于傳統窯對應部的溫度。即使采用耐火材料，大型旋轉窯的過渡帶、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，通常回轉窯的運轉率一般只有70%~75%以下，極少數達到85%~90%。再加上預熱器、分解爐的運轉狀況不佳，入窯材料的分解程度不穩定，窯內各工藝帶的位置頻繁變動，窯的操作不穩定，窯的襯里更快。例如，如果燒制溫度過高，窯內的耐火磚會損傷熔洞。

 

(2)窯速快引起的磚損傷。新型干法預拆窯的轉速通常達到3~3.7r/min，甚至達到4r/min以上，回轉窯筒的線速達到1m/s以上。在高轉速、大直徑、高溫新型干法窯上，窯襯受熱應力、機械應力和化學侵蝕的綜合破壞效果遠大于傳統窯。這要求新型干法窯在冷狀態和熱狀態下，其窯襯具有足夠的強度和穩定性。

 

3延長耐火材料壽命的技術措施。

 

3.1橢圓度變形的控制。

 

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

 

式中:W-橢圓度

 

Da-窯的有效內徑，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值，一般作為橢圓率的管理基準值，該數值有上限值和下限值，與窯徑直線相關，上限和下限之間的部分在理想范圍內，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(所謂帶夾現象)的值。

 

實踐表明，磚的損失速度與熱窯橢圓率有一定的關聯性，以其關系獲得的近似公式

 

W=1.22×0.002Dm+1.5V。

 

W¤=W/D×

 

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(窯從開始到停產檢查的時間)為1年時，熱窯橢圓率的允許值應控制在0.42%以下，窯期為半年時，橢圓率應控制在0.78%以下。但是，在燒成區域，橢圓度的增大會導致結皮不穩定，導致熔化損傷等異常損失，因此燒成帶進行更嚴格的橢圓率管理。

 

橢圓率管理不僅對穩定大窯操作，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確把握機械狀況，制定更準確的大窯維護計劃。

3.2回轉窯軸線偏移的控制。

 

在實際生產過程中，嚴格控制窯軸線偏移不得超過3mm。否則，進行偏移處理。實踐證明，窯體在熱狀態下軸線調整正確時，筒體的彎曲和扭曲小化，各支點的負荷分布也適當，窯內耐火磚、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，加強熱狀態下旋轉窯軸線的在線檢測和偏移的及時糾正。

 

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

 

3.3合理確定環縫尺寸，減少熱應力影響

 

環縫是在旋轉窯進行耐火磚砌筑時，為了減少高溫時耐火磚膨脹產生軸向擠壓應力對耐火磚的損傷而設置在每個環的耐火磚之間的間隙。環縫尺寸的大小應根據耐火磚的線性膨脹系數、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(日本耐材行業專用)，研究窯的操作制度，正常生產時也要控制熱工制度的穩定，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、降低成本。高溫度管理應進入工藝管理過程，可結合火焰比色、測溫儀、熟料晶相分析等方法進行測試。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。

 

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