技术 | 探析水泥窑用耐火材料的损坏原因及防治措施

1.水泥窑耐火材料的使用现状

随着科技和时代的发展，耐火材料的使用越来越多，随之耐火材料的研究也越来越多。这是因为：“高温是工业创造进行的大多途径，不论是以前的传统工业：金属制造、煤炭部门等，还是现代新型技术产业：航天技术等，这些都是需要在高温作业下完成的。

”所以在高温下的耐火材料不可谓不重要，而在水泥窑的耐火材料使用中，大多使用碱性的耐火材料。碱性材料被广泛是用在水泥窑的预分解窑上，它通常是以氧化钙和氧化镁为主要成分。在高温作业下，易与酸性耐火材料、酸性渣和氧化铝发生化学反应，尤其是以耐高温煅烧和耐化学侵蚀能力强而闻名。比如，碱性的镁砖、白云石砖等耐火材料。

水泥窑用耐火材料的使用性质如何，主要看三方面：首先是耐火度，它指的是高温背景下，材料不承受任何荷载的情况下也能不被熔融，更不能被软化的功能。

并且，如果是大量的杂质或者是成分的不均匀，那么材料的耐火度会极速下降。其次是荷重软化温度与高温蠕变，是指材料的变形温度，它在承受恒定不变的压负荷压力下以及一定升温速度的加热条件下，对高温和荷载同时作用的抵抗能力如何。

最后是高温体积稳定性，它通过重烧线来体现，由于需要高温下长期的使用，表现其尺寸的稳定性如何。 

2.水泥窑用耐火材料的损坏原因

2.1 水泥窑用耐火材料的物理损毁

水泥窑耐火材料的物理损毁现象主要是三个因素造成的：

第一，时不时地磨损。水泥窑内衬产生的磨损，分为定期磨损和不定期磨损。定期磨损，是指水泥窑出料口水泥熟料和预热带链条区域的链条和衬料产生的磨损现象。不定期磨损，是在烧成带的挂窑皮处的窑皮脱落时，出现磨损现象。

第二，机械应力产生的磨损，由于出现空转现象，所以镶嵌在回转窑上的砖，在观察过程中比窑壳回转还快。砖在内部结圈中产生剥落和组织遭到破坏，固定砖与粘接或干砌砖之间的相对运动，产生了扭曲应力，从而砖组织受到剥落损毁，导致砖背面被磨蚀，进而造成组织破坏。

第三，结构性损毁，尤其是在烧成带中，采用相应的镁铬砖在相应的燃烧室以及拱桥部位下，由于工人们为了赶进度，在实际制造的过程中采用了手工制造法，使得镁铬砖的密度与强度偏低等不规范现象。并且产生了侵蚀和剥落现象，促使砖的反应厚度增加，产生大量的材料损毁。

2.2 水泥窑用耐火材料的化学损毁

水泥生料在窑内产生碳酸钙分解，从而在形成熟料矿物的整个加热过程中产生了一系列化学变化，其中大量的熔态金属、熔渣、熔灰等就是其产物。它们与耐火材料反应就会生成低熔物，如果这些低熔物流失，就会造成耐火材料熔失，这种现象被称之为——“熔失”。

在生产作业中，由于窑内火焰温度大约为1700～1800℃，且大型预分解窑多采用多风道喷煤嘴，一次风量非常大，再加上密封的窑头。所以耐火材料就会被加热面接触的熔渣、粉尘等侵入，并且熔媒以及热的作用下，变质部分与未变质部分因膨胀不同而剥落，这种现象被称之为——“结构剥裂”。

由于窑径变大，所以温度提高、转速加快，在日产2000t、直径为4m和日产4000、直径为4.7m的预分解窑里，转速达到3~4转/分。高温下的耐火砖和筒体一起转动的过程中发生了机械振动和剧烈变形，造成耐火材料剥裂的这种现象被称之为——“机械剥裂”。

以上的三种现象就是造成水泥窑耐火材料化学损毁的直接因素，在耐火材料与化学的碰撞下，我们应该采用更加正确和科学的手段，这样才能使水泥窑耐火材料使用的更加永久。

3.水泥窑用耐火材料的防治措施

3.1 加强技术人员的维护

工作由于水泥窑耐火材料时不时地发生物理损毁现象，首先，我们不仅需要提高技术方面的支持，更需要对机械本身的不定期、随时的维护看管。所以要求了施工人员应有健壮的体魄、娴熟的技术以及依照实际情况能灵活反应开展工作，并且操作者技术水平也要不断的提高。

比如，在砌筑耐火材料时，在窑内砌筑不同规格型号的耐火砖，先要确保旋转窑的刚度和强度。只有旋转窑空载试运转合格后，才能保护旋转窑简体在使用过程中不被高温烧损的同时，水泥窑能够正常工作，从而减少被物料磨损的现象。只有这样的不定期维护才能缓解甚至解决水泥窑耐火材料时不时的物理损毁。

其次，为了减小机械应力对水泥窑的物理损毁，必须以吊装找正的顺序为先，然后钢底座再筒体，对钢底座分件吊装，在基础上组装并进行标高测量找正。接着对钢底座进行二次找正，同时对托轮轴进行瓦刮研、吊装及组对。最后找正托轮轴承座及托轮，对整个拖轮组进行吊装找正，并安装挡轮。

在所有设备吊装找正和灌浆找正完毕后，就对窑洞体进行焊接，焊接完毕后进行焊接质量检查。安装窑头罩及密封装备，接着安装冷却及润滑系统。然后安装碰煤管，同时进行基础二次灌浆。在这过程中，逐步减少机械应力对水泥窑的破坏影响，从而减少耐火材料的损坏程度。

在烧成带中，由于镁铬砖的不规范导致的大量损毁现象，要想解决该问题，可以在使用的过程中，用镁铝尖晶石砖来替换原本使用的镁铬砖。首先在耐压强度上，镁铬砖为40-60Mpa，镁铝尖晶砖则在65-83Mpa之间；其次在抗震稳定性方面，镁铬砖为3-5次，镁铝尖晶砖则高达15次以上。并且在气氛的变化下，镁铝尖晶石砖对比表现的并不敏感。它能够有效的解决在烧成带耐火材料上所呈现出的损毁问题，并且延长砖窑的使用寿命，解决水泥窑的结构性损毁问题，优化耐火材料的使用。

3.2 针对各个环节，采用适当的材料对于水泥窑用耐火材料所发生是化学损坏现象，需要对其各个部位有针对性的措施。比如针对低熔物流失后，所造成的耐火材料熔失这种现象。我们需要采取气孔率低、透气性小，烧成良好的耐火材料。或者采用对熔融物溶解度低，溶解生成物粘度高的耐火材料。像碱性的镁砖、白云石砖等。 在与耐火材料发生结构剥裂的加热面上，则需要采用坚实的耐火材料，不轻易被荷重软化的，在开裂时能快速散开。并且还需要适当控制物料的加入量，减轻耐火材料上承受的应力，解决结构剥裂的问题。 

在受不了窑体重力并且变形严重，产生机械剥裂现象时，首先需要留出足够空间耐火材料的膨胀缝；其次控制升温速度，不要把温度快速的升上去，特别是在水泥窑点火时。最后选用高温强度、抗侵蚀性的耐火材料，比如掺加铬矿石的耐火砖。

4.结语

“只要大窑转，就有千千万”这句民谣传唱家家户户，更是对生产作业中的水泥窑重要程度的生动描述，它运转的好坏直接影响到企业的经济的好坏。在生产过程中，水泥窑耐火材料的损坏原因和防治措施是极为重要的，并且严密的后续工作也不可忽视。水泥旋转窑设备的安装和调试一定要严格遵守相应的工作手则，保证安全的、正确的生产作业，为我国经济水平的提高迈出更大的一步。

来源：《宜兴国冶窑炉工程有限公司》

作者：华占刚

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