浅谈影响定型耐火材料使用周期的因素及预防措施

朱元昌 枞阳海螺股份有限公司

    新型干法线的启用，大大的提高了生产效率和经济效益，但是窑内耐火材料的使用寿命已成为制约运转周期的重大问题。随着生产工艺的不断发展和管理水平的不断提升，对定型耐火材料的验收、检修质量及具有耐磨性、抗腐蚀性、抵抗热应力、机械应力、化学应力破坏能力要求越来越高。为此，现将对影响定型耐火材料的原因进行浅谈分析：

一、定型耐火材料进厂验收流程

    严格规范的质量验收制度对于影响定型耐火材料使用周期具有较大的意义。为此枞阳海螺公司在定型耐火材料的验收制度上制订了一套规章制度。即：定型耐火材料进厂时，供应处、制造分厂、生产处要积极组织相关技术人员和送货单位人员对该批定型耐火材料进行质量验收，对定型耐火材料的尺寸、单重、外观、色差、平整度、包装进行验收并进行表格化管理；对定型耐火材料验收时一份进行留样，一份进行送检，同时在测量过程中如任何一项不合格，应立即以书面形式反馈供应部，要求生产厂家以书面形式作出反馈。

二、制订检修前更换定型耐火材料的编制方案

    我公司为了更好的落实海股政【2005】50号《耐火材料维修管理暂行办法》文件，组织人员根据对《耐火材料维修管理暂行办法》进行了转化下发。在每次检修前，根据检修的实际情况编制《耐火材料检修人员安排》，并进行人员分工，便于人员的协调和统一管理。根据窑内实际耐火材料消耗情况，业主单位会同施工单位编制《窑内耐火材料检修进度表》，根据《窑内耐火材料检修进度表》合理分配资源利用及项目跟踪落实情况。

三、严格规范、落实《耐火材料维修管理暂行办法》文件内容，强化检修现场安全防护措施，提高质量意识。

四、耐火砖施工的要求和规定

1、检修质量管理管理网络：

2、窑内砌筑施工质量的好坏是直接影响窑内定型耐火材料运行周期的关键因素。因此在窑内定型耐火材料的施工砌筑上要注意以下几点要素：

1）为了保证定型耐火材料砌筑方便、质量优良和使用效果良好，除定型耐火材料内在质量（检验报告中指出）及其均匀性外，对其外观的质量同样必须严格控制，在实际窑内施工砌筑上对外观质量应达到以下几点：
◆尺寸公差：高度公差±2％；楔形面大头及小头宽度公差±2mm；大小头差值公差±1mm；长度公差±1％，最大差值为±2mm；

◆边损：允许热面和冷面有两条边的损坏小于等于40mm长和5mm深；

◆角损：冷热面均只许有一处角损，角损处三角棱的角损长度之和不超过50mm；

2）耐火砖衬按砖缝大小及操作精细程度划分为四类。其类别和砖缝大小分别为：Ⅰ类，≤0.5mm；Ⅱ类，≤1mm；Ⅲ类，≤2mm；Ⅳ类，≤3mm。回转窑系统耐火砖用火泥砌筑，其灰缝应在2mm以内，施工时应从严掌握。灰缝中火泥应饱满，且上下层内外层的砖缝应错开；

3）调制砌砖用科光火泥应遵照以下原则：

◆砌砖前应对科光火泥进行预实验和预砌筑，确定不同泥浆的粘结时间、初凝时间、稠度及用水量；

◆调制科光火泥要用干净的器具，并及时清洗；

◆调制科光火泥要用清洁水，水量要称量准确，调和要均匀，随调随用。已经调制好的水硬性和气硬性科光火泥不得再加水使用，已经初凝的科光火泥不得继续使用；

◆调制科光火泥时要保证规定的使用时间，随用随调，已经调制好的科光火泥不得任意加水稀释。

4）砌筑时应力求砖缝平直，弧面圆滑，砌体密实。对于窑内耐火砖必须确保砖环与窑胴体同心，故应保证砖面与窑胴体完全帖紧，砖面应是面接触且结合牢固。砌筑耐火砖时，表面砖缝要用原浆勾缝，但要及时刮除砖衬表面多余的泥浆。

5）砌砖时要使用橡皮锤或硬塑料锤等柔性工具，进行三面敲击，（不得使用钢锤），保持砖面和窑胴体面接触均匀、牢固。

6）、耐火砖砌筑前应做好窑内的放线工作

    窑纵向基准线要沿圆周长每1.5米放一条，每条线均要和窑的轴线平行，环向基准线每10米放一条，施工控制线每1米放一条，环向线要互相平行且垂直于窑的轴线。

    耐火砖砌筑时无论采用何种方式砌筑，均要严格按照基准线进行砌筑，严禁不放线进行砌筑，同时要求耐火砖的应力要均匀的分布到整个耐火砖和每块耐火砖上。

7）窑内砌筑方法按支撑方式不同分为两种，Ⅰ、拱架法：此方法砌筑速度块，质量好，砌筑长度不限，砌筑时不需转窑，适用于直径≥4米的窑；Ⅱ支撑法：即使用顶扛支撑，在砌筑过程中需要转动窑胴体，此方法适用于直径≤4米的窑。

8）砌筑耐火砖时应避免以下列错误手法：
 
◆错位：即在层与层、块与块之间的不平整

◆倾斜：即在水平方向上不平；

◆灰缝不均：即灰缝宽度大小不一，可通过适当选砖来调整；

◆爬坡：即在环向墙面表面上有规则地不平整的现象，应控制只错开1mm以内；
 
◆离中：即在弧形砌体中砖环与壳体不同心；

◆重缝：即上下层灰缝相叠合，两层间只允许有一条灰缝；

◆通缝：即内外水平层灰缝相合，甚至露出金属壳体，是不允许的；

◆张口：即在弧形砌体中灰缝内小外大；

◆脱空：即科光火泥在层间、砖间及与壳体间不饱满，在不动设备的衬里中是不允许的；

◆毛缝：即砖缝未勾抹，墙面不清洁；

◆蛇行弯：即纵缝、环缝或水平缝不呈直线，而呈波浪形弯曲；

◆砌体鼓包：属于设备变形而致，应在砌筑时修平设备有关表面。砌筑时应采取湿砌并用钢板锁紧；

◆混浆：严禁错用科光火泥

◆砌筑封口砖时，若用原砖不能满足封口要求时，要用切砖机对砖进行精加工，不得使用手工加工砖。加工砖的尺寸：封口砖应不小于原砖的70%；在平面的接头砖和弯道砖中，不得小于原砖的1/2。必须用原砖封口。砖的工作面严禁进行加工；（附图）

五、规范验收制度，实行检修闭环管理

    检修项目施工结束后，由现场监控人员汇报耐火材料管理小组成员、建安公司管理、技术人员共同对检修项目进行验收会签制度，并针对验收存在的问题进行整改，完善项目施工管理闭环。

六、日常操作运行控制及影响因素

    热应力、机械应力和化学应力因素构成了窑内耐火砖的应力并导致其破坏。随窑型、操作及窑内耐火砖在窑内使用位置的不同，上述因素的破坏作用亦不同。现将此因素影响窑内定型耐火材料的使用周期作简要阐述：

    1、热应力：当窑热负荷过高，使砖面长时间失去窑皮的保护时，热面层基 质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多孔，从而不耐磨、刷、冲击、震动和热疲劳，易于 损坏；当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增，而使砖内产生很 大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，最后使砖碎 裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带区域；

    2、机械应力：窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如窑转速为3.5rpm，每月周期性温度升降达151200次。这种温度升降多次重复导致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了耐火砖的剥落；回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使耐火砖受到动力学负荷；耐火砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使耐火砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了耐火砖砖的结构强度时，耐火砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。

    3、化学应力：熟料 熔体主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF，而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分耐火砖砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑 窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有一定渗入侵蚀作用；预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致 生料中这些组分的富集；物料中的挥发性组分将会在所有砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以 外的相邻组分，导致砖渗入层的热震稳定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使耐火砖碱裂损坏，并在热－机械应力综合作用下开裂、剥落。因预分解窑从窑尾至烧成带开始整个属于无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。

    4、稳定窑的热工制度。窑在运转时，如热工制度不稳，会造成窑内衬料忽冷忽热，窑内温差波幅大，极易发生耐火砖开裂、剥落、炸头等现象，耐火砖使用寿命大大缩短。因此，应采取以下相应措施：

    ①“五稳保一稳”，即入窑生料成分稳定，入窑喂料量稳定，燃料成 分稳定，燃料喂入量稳定和设备运转稳定，只有实现这“五个稳定”，方能保证窑系统热工制度稳定。

    ②风、煤、料和窑速的合理匹配——四者相互联系又相互 制约，必须相互适应相互匹配，才能保证热工制度的稳定。

    ③根据目前原燃材料的市场供应情况，强化和适应劣质煤过程使用，同时针对不同煤质、不同窑况等情况及时对热工设备进行合理动态操作调整，得到稳定、合适的火焰形状和位置，保证 热工制度稳定。

    ④合理优化和调整篦冷机的操作，保证稳定的二、三次风量及风温，同时兼顾与窑的同步操作，达到稳定热工制度之目的。
 
    综述：耐火材料专业和窑工艺专业是不可分割的整体，是相互依托的共连体，耐火材料的运转周期决定窑工艺系统运行指标的完成率，而窑系统的稳定运行是保障耐火材料运行的基础，两者相辅相成。故一个稳定的窑工艺运行系统及规范的耐火材料施工管理是决定回转窑系统安全、高效运行的前提保障。