技术 | 水泥窑系统设备腐蚀问题的分析研究

前言

某公司项目烧成投入运行不到一年时间，C6旋风筒的内筒全部脱落。针对该问题，通过与相关技术人员交流，并进行现场取样和数据收集，我们就C6内筒脱落的问题进行了详细，提出了改进措施。

该项目自投产运行，系统运行良好，生产稳定。但在更换含高氯的矸石以后，系统出现严重结皮，结块现象，影响到系统的正常运行。通过调整配料后，系统恢复正常，能稳定运行，但很快出现内筒脱落现象(见图1)。

经现场取样，内筒铁屑、热生料和挂片积灰分析结果见表1，表2和图2。

其中铁屑w(MnO)=0.96、w(Cr₂O₃)=27.75、w(NiO)=16.66；挂片积灰w(MnO)=0.40、w(Cr₂O₃)=9.41、w(NiO)=5.48。

从图1中脱落的内筒挂片状况，表1、表2热生料及内筒剥落铁屑的成分分析可以判定，旋风筒内筒的加速腐蚀失效与氯化腐蚀密切相关。

鉴于很多氯盐具有低熔点、挥发度的特点，在工作环境中存有高浓度的氯化物(各种含氯盐等)，高温下极易形成气态氯化物，对内筒氧化层保护膜产生腐蚀。研究表明，氯与金属及金属氧化物发生反应主要有两个途径进行：(1)氯化物与金属表面的膜或金属直接反应：(2)含氯的各种盐与金属或氧化物发生热化学腐蚀。

实验研究证实：以铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(zn)为基本元素的经冶炼得到的各种合金工程材料，置于合适温度(750℃～850℃)下、在含有一定量的KCl、NaCl物质气氛环境中，均会导致金属材料的加速腐蚀，尤其在其保护膜层遭遇到破坏后，其腐蚀更加迅速。与金属表面的氧化膜物Fe₂O₃、Cr₂O₃发生的反应如下：

上述的一系列反应，势必导致固有金属保护层遭到破坏，形成新的腐蚀面，由于固相腐蚀层中频繁地发生氧化腐蚀反应，腐蚀层内外频繁的物质交换，造成腐蚀层体积出现较大变化，导致腐蚀层出现隆起(体积膨胀产生压应力)、开裂(体积收缩产生拉应力)、疏松(脱离固有的金属体)等现象，在外力的作用下，极易脱落。

几种常见的氯化物及其氯化物的混合物熔点和沸点如表3所示，在160℃～880℃的范围内。含氯盐及其复合物的沸点较低，极易汽化或升华，在金属膜表面冷凝形成“电解液”，造成电化学腐蚀。

表3 几种金属塑氯化物及混合氯化物的熔点和沸点

在水泥生产系统中，尤其在160℃～880℃的温度范围内，存有诸多以纯金属铁(Fe)、铬(cr)、镍(Ni)为主体基质的合金材料，如旋风筒内筒、管道、风机叶片和内壳体等，均暴露在高温烟气中。由于水泥生产过程的特殊性，对于使用含有超量元素氯、硫、钾、钠、锌、铅等元素的原、燃料及替代物，在高温作用下，会从水泥生产的原、燃料及替代物中游离出来；并形成熔融态物附着在合金材料表面，不可避免地会对合金材料产生电化学腐蚀。

结合该公司前一段时间的生产状况，因原料中的氯含量较高，在预热器内产生了富集，热生料中的氯离子最高超过了7％，远高于一般水泥生产线要求的0.015％的水平，经过检测还发现原料中存在较高的KCI+NaCl盐(含量接近3％)，同时还存在一定量的ZnO，这些都是造成C6级内筒腐蚀的重要元素。

因此，建议在生产中应严格控制原、燃料及替代物中有害成分的含量，或是通过旁路放风技术降低预热器内有害成分的含量，避免对生产过程和设备造成不必要的影响。

三、结论与建议

(1)在生产过程中，尤其在原、燃料及替代原、燃料的选择方面应尽量控制干扰水泥生产的元素的含量水平。尤其w(K₂O+Na₂O)<1.5％，w(Cl-)<0.015％，w(SO₃-)<1.0％，w(P₂O₅)<0.8％。如果原料中含有的氯超过0.015％时，应严格控制铅、锌元素的存在，当铅、锌含量>0.5％时，严格控制氯元素的存在。

(2)在生产的过程中，需要注意原燃料中其它微量元素的分析。尤其在主要氯化物含量小于98.5％时，必须要加强其它元素的检测和判断分析工作。

(3)生产过程中必须注意和加强稳定因素控制。控制原、燃料及替代原、燃料的化学成分的稳定性，使其各项检测控制指标的合格率控制在85％以上；系统操作过程中应保证风、煤、料及回转窑窑速控制的稳定性，不要大起大落的操作，其平均波动范围应控制在±5％以内；加强系统几个参数点的控制：窑尾温度1100+25℃，氧含量0.5％±0.2％；分解炉出口温度885+5℃，氧含量0.8％±0.1％；预热器C1级出口：氧含量2.5％±0.5％，温度6级控制在305±150C，5级控制在315±10℃；窑速波动范围在±5％以内。

(4)生产过程中发现异常现象必须找出原因，不能使得系统“带病”运行，否则会带来不可挽回的后果。对于事前尚未搞清楚的原、燃料替代品或废料，尤其原料或废料所含微量元素不清楚的情况，应严格禁止使用。

作者：刘渊1，张骋2，蔡玉良1，吴建军1

来源：《1中国中材国际工程股份有限公司；2邯郸中材建设有限责任公司》

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