耐火材料寿命的影响因素

 

 

影响窑内耐火砖寿命的因素很多。通过理论分析结合实际生产经验，认为主要有三个方面，即机械应力、热应力和生产操作的影响。

 

2.1机械应力对耐火砖寿命的影响。

 

机械应力是物体因外因变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，抵抗这种外因的作用，从变形后的位置恢复到变形前的位置。窑内耐火砖承受的机械应力超过自身强度时，砖体在应力作用下局部或全部损坏[2]。产生机械应力的主要原因如下

 

(1)椭圆变形。由于回转窑内衬砖、窑材料和筒体本身的重量等综合因素，窑筒体变形，在重力和热负荷的作用下，筒体的圆形截面变成椭圆形。窑运转时，椭圆对耐火砖产生机械应力，椭圆度越大产生的机械应力也越大。椭圆度变化产生的剪切应力作用在各环砖的剪切方向，砖变成环状剥落，剥皮厚度均匀，硬。

 

(2)旋转窑轴线偏移。旋转窑由轮带、托轮、托辊支撑，其轴线由窑各断面圆中心点连接，在一条直线上，但窑筒体安装和部分筒体切割更换后，窑体运转一段时间后，窑内热工制度不稳定，在热负荷和负荷的作用下，窑体轴线偏移。之后，经过长时间的运转，皮带和皮带的磨损、皮带的外部偏移和内部偏移，各支点的负荷条件发生变化，特别是支点的负荷过大的情况下，皮带的轴瓦烧损、皮带和皮带的表面容易发生异常的剥离和裂纹，窑体的轴线的偏移进一步加剧耐火砖损坏后形状的深度不同。

 

2.2热应力。

 

热应力是指温度变化时，物体由于外部制约和内部各部分之间的制约，不能完全自由膨胀而产生的应力。高温热膨胀，容易使耐火砖产生轴向膨胀挤压应力，是窑内耐火砖剥落、破损的重要原因之一。以镁铬或尖晶石砖为例，l400℃的膨胀率可以按1.6%计算[3]，长198mm的耐火砖膨胀量可以达到3.17mm，这么大的膨胀，如果不能正确留下接缝，过大或过小会使耐火砖抽签、脱落、剥落，严重缩短耐火砖的寿命。耐火砖因热应力而破坏的形式

 

2.3生产操作对耐火材料寿命的影响。

 

生产操作对耐火砖寿命的影响机理复杂，因素多，目前主要从以下两个方面进行分析。

 

(1)烧制温度过高引起的砖损伤。新型干法预分解窑内火焰温度可达1700℃以上，其过渡带、烧制带、冷却带、窑头罩、冷却机喉部和高温区、喷嘴外侧部的工作温度也远远高于传统窑对应部的温度。即使采用耐火材料，大型旋转窑的过渡带、烧制带和冷却带的窑衬里寿命一般为0.5~1年，短的只有3~5个月的窑口和喷嘴衬里寿命一般为0.5~1年，甚至更短的窑头罩和冷却机喉部窑衬里寿命约为2年。在试制阶段，通常回转窑的运转率一般只有70%~75%以下，极少数达到85%~90%。再加上预热器、分解炉的运转状况不佳，入窑材料的分解程度不稳定，窑内各工艺带的位置频繁变动，窑的操作不稳定，窑的衬里更快。例如，如果烧制温度过高，窑内的耐火砖会损伤熔洞。

 

(2)窑速快引起的砖损伤。新型干法预拆窑的转速通常达到3~3.7r/min，甚至达到4r/min以上，回转窑筒的线速达到1m/s以上。在高转速、大直径、高温新型干法窑上，窑衬受热应力、机械应力和化学侵蚀的综合破坏效果远大于传统窑。这要求新型干法窑在冷状态和热状态下，其窑衬具有足够的强度和稳定性。

 

3延长耐火材料寿命的技术措施。

 

3.1椭圆度变形的控制。

 

椭圆率是反映旋转窑筒体椭圆变形程度的重要指标，公式如下(瑞士Holderbank公司初提出)

 

式中:W-椭圆度

 

Da-窑的有效内径，m

 

D-筒体的外径，m

 

σ-筒体测量仪测量的大偏差值，m。

 

瑞士Holcim公司(原名Holderbank)提出的椭圆率管理数值，一般作为椭圆率的管理基准值，该数值有上限值和下限值，与窑径直线相关，上限和下限之间的部分在理想范围内，请参照图6。上限值是对荷重或间隙造成的大窑变形造成的耐火砖损坏所能容许的大限值，超过上限会对砖造成不良影响，造成砖脱落等事故，造成耐火砖损坏。下限值是为了避免间隙不足时窑筒被带夹住(所谓带夹现象)的值。

 

实践表明，砖的损失速度与热窑椭圆率有一定的关联性，以其关系获得的近似公式

 

W=1.22×0.002Dm+1.5V。

 

W¤=W/D×

 

式中:W¤-椭圆率，%

 

W-椭圆度

 

Dm-皮带直径

 

D-筒体直径

 

V-滑动量

 

窑期(窑从开始到停产检查的时间)为1年时，热窑椭圆率的允许值应控制在0.42%以下，窑期为半年时，椭圆率应控制在0.78%以下。但是，在烧成区域，椭圆度的增大会导致结皮不稳定，导致熔化损伤等异常损失，因此烧成带进行更严格的椭圆率管理。

 

椭圆率管理不仅对稳定大窑操作，延长砖的寿命具有重要意义，而且定期测定热窑椭圆度也能准确把握机械状况，制定更准确的大窑维护计划。

3.2回转窑轴线偏移的控制。

 

在实际生产过程中，严格控制窑轴线偏移不得超过3mm。否则，进行偏移处理。实践证明，窑体在热状态下轴线调整正确时，筒体的弯曲和扭曲小化，各支点的负荷分布也适当，窑内耐火砖、大窑筒体、带下垫板(座板)、带、支撑辊、辊轴、辊轴的压力较小因此，加强热状态下旋转窑轴线的在线检测和偏移的及时纠正。

 

大窑轴线的调整方法有两种:一种是在冷窑情况下，在大窑内部寻求各支点和大齿轮轴心，使用光束，在调整辊的同时将旋转窑轴线调整到一条直线上，另一种是在旋转窑热状态下，从大窑外部寻求各支点的旋转轴心实践证明，后者更有效。

 

3.3合理确定环缝尺寸，减少热应力影响

 

环缝是在旋转窑进行耐火砖砌筑时，为了减少高温时耐火砖膨胀产生轴向挤压应力对耐火砖的损伤而设置在每个环的耐火砖之间的间隙。环缝尺寸的大小应根据耐火砖的线性膨胀系数、使用温度等计算确定。通过计算，燃烧带耐火砖的膨胀量为3.17mm，实际构筑时，接缝尺寸为3.5mm~4.0mm之间，各接缝间的贴板可以采用燃烧温度高的纤维板(日本耐材行业专用)，研究窑的操作制度，正常生产时也要控制热工制度的稳定，大限度地减少轴向的挤压力。

 

3.4烧成温度的控制

 

烧成温度对耐火砖寿命的影响极为显着。因此，合理控制烧成温度，大限度地延长耐火砖的寿命，提高窑的利用率，率，降低耐火材料的消耗量，才能增产、降低成本。高温度管理应进入工艺管理过程，可结合火焰比色、测温仪、熟料晶相分析等方法进行测试。其中，火焰比色一般控制火焰温度1500~1600℃的温度计主要控制熟料落口温度，一般控制在1320~1400℃的熟料晶相分析中C3S的双折射率，一般控制在0.007~0.008。

3.5窑速的管理与控制。

 

在生产操作过程中，不能只追求高转速提高熟料产量。材料量、窑转速和窑内烧制情况的一致，不能取得佳效果。另外，根据熟料晶相的尺寸、生长状况，可以判断窑速的控制值是否适当。