趙曉東

重慶電子工程職業(yè)學(xué)院建筑與材料學(xué)院，重慶 401331

提高預(yù)分解窯燒成帶堿性磚使用周期的措施*

趙曉東

重慶電子工程職業(yè)學(xué)院建筑與材料學(xué)院，重慶 401331

正確選用堿性磚的磚型、供貨及驗(yàn)貨方式、烘窯燃料是提高堿性磚使用周期的基礎(chǔ)；正確監(jiān)控窯筒體表面溫度，有效控制燒成帶窯皮及堿性磚的厚度，有利于提高預(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率；正確控制預(yù)分解窯的烘窯升溫曲線及冷窯降溫曲線，防止堿性磚驟然溫度劇變引起炸裂和剝落，有利于提高堿性磚的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

預(yù)分解窯 堿性磚 筒體表面溫度 升溫曲線 降溫曲線

0 引言

我國(guó)預(yù)分解窯燒成帶堿性磚的使用周期一般是8個(gè)月，熟料磚耗為0.30～0.40 kg/t。如果堿性磚的使用周期達(dá)到10個(gè)月，窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率將提高1.10%，每4年可減少1次16天的大修。按2015年全國(guó)預(yù)分解窯生產(chǎn)熟料13.35億t計(jì)算，每年多產(chǎn)熟料1 500萬(wàn)t，節(jié)約堿性磚30萬(wàn)t，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益20億元。所以研究提高預(yù)分解窯燒成帶堿性磚使用周期的措施具有現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)意義。

1 預(yù)分解窯燒成帶堿性磚的使用現(xiàn)狀

鎂鉻磚具有價(jià)格低廉、使用周期長(zhǎng)、易于粘掛窯皮等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)超過(guò)60%的預(yù)分解窯燒成帶都在使用鎂鉻磚。鎂鉻磚具有較強(qiáng)的耐高溫性能，但熱震穩(wěn)定性、抗堿蝕能力相對(duì)較差，在窯皮頻繁更替或沒(méi)有窯皮作為屏障的部位，鎂鉻磚容易受到液相堿鹽的侵蝕而使結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此要正確監(jiān)控窯筒體表面溫度，有效控制堿性磚的厚度、燒成帶窯皮的長(zhǎng)度及厚度。鎂鉻磚的膨脹系數(shù)較大，烘窯時(shí)要正確控制升溫曲線，發(fā)揮窯筒體的膨脹補(bǔ)償作用，避免產(chǎn)生過(guò)大的膨脹應(yīng)力；冷窯時(shí)要正確控制降溫曲線，逐步實(shí)現(xiàn)慢冷降溫，防止溫度驟然劇變引起磚表面炸裂和剝落。但實(shí)際生產(chǎn)中，很多水泥企業(yè)基于節(jié)約生產(chǎn)成本，難以接受10～20 h的烘窯時(shí)間，不執(zhí)行正確的烘窯升溫曲線，烘窯時(shí)間控制過(guò)短，甚至根本沒(méi)有烘窯操作，不是使用柴油作為烘窯燃料，仍以煤粉作為烘窯燃料，烘窯過(guò)程的升溫速率過(guò)快，鎂鉻磚產(chǎn)生過(guò)大熱應(yīng)力而使結(jié)構(gòu)遭到破壞；更換（挖補(bǔ)）鎂鉻磚時(shí)也不執(zhí)行正確的冷窯降溫曲線，直接開(kāi)啟窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行快速冷窯，造成鎂鉻磚的表面斷裂和剝落損壞，大大降低鎂鉻磚的使用周期。

2 提高預(yù)分解窯燒成帶堿性磚使用周期的措施

2.1 正確選用標(biāo)準(zhǔn)化型磚

搭配使用標(biāo)準(zhǔn)化型磚，能夠滿足不同窯徑的砌筑要求，大大減少水泥企業(yè)所需耐火磚的種類及儲(chǔ)存量，縮短耐火磚的儲(chǔ)存周期；能夠簡(jiǎn)化耐火材料生產(chǎn)廠家的技術(shù)與生產(chǎn)管理，縮短交貨周期，降低生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格，少數(shù)幾家大型耐火材料廠就能供應(yīng)所有水泥企業(yè)不同窯徑的耐火磚，實(shí)現(xiàn)耐火材料生產(chǎn)廠家與水泥生產(chǎn)企業(yè)的雙贏。

B型磚（VDZ）是71.5 mm 的等腰磚，是堿性磚的標(biāo)準(zhǔn)化型磚，其磚體較小，每環(huán)磚的砌縫較多，可產(chǎn)生至少0.4% 的膨脹補(bǔ)償，加上窯筒體的膨脹補(bǔ)償，可以達(dá)到0.6%～0.8%，相當(dāng)于普通鎂鉻磚熱膨脹率的50%～60%，有利于緩解點(diǎn)火升溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力，是預(yù)分解窯燒成帶的首選用磚。

2.2 正確選擇堿性磚的厚度

預(yù)分解窯的生產(chǎn)實(shí)踐證明，在烘窯過(guò)程中，堿性磚的冷端有80 mm～100mm的低應(yīng)力厚度區(qū)，越過(guò)該區(qū)后熱應(yīng)力陡增，完全超過(guò)堿性磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使磚產(chǎn)生開(kāi)裂及炸裂現(xiàn)象。頻繁開(kāi)停車的回轉(zhuǎn)窯，使用厚度為200 m m的B型堿性磚，距熱端100 mm以內(nèi)的區(qū)域，在烘窯過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，而剩余的100 mm部分，卻還能用較長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，對(duì)頻繁開(kāi)停車的回轉(zhuǎn)窯來(lái)說(shuō)，B型堿性磚的厚度選180 mm比選200 mm 更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2.3 正確選擇供貨及驗(yàn)貨方式

回轉(zhuǎn)窯使用的堿性磚價(jià)格比其他種類的耐火磚價(jià)格都高，堿性磚一般都采用托盤(pán)集裝箱包裝，并加塑料薄膜進(jìn)行防潮，以保證其使用效果。因此水泥企業(yè)要和生產(chǎn)廠家簽訂協(xié)議，來(lái)貨后應(yīng)整箱卸車，整箱入庫(kù)保管，整箱吊運(yùn)至窯頭平臺(tái)，到使用時(shí)再開(kāi)箱檢驗(yàn)、砌筑。只要在保質(zhì)期內(nèi)，開(kāi)箱檢查出的質(zhì)量問(wèn)題，生產(chǎn)廠家應(yīng)予承認(rèn)并負(fù)責(zé)解決，這樣可充分利用出廠時(shí)包裝保護(hù)，減少保管及搬運(yùn)過(guò)程中的損壞。

2.4 正確管理砌筑環(huán)節(jié)

預(yù)分解窯完成檢修試車后才能砌筑堿性磚，砌完磚到點(diǎn)火升溫前不允許有過(guò)多的翻窯時(shí)間。因?yàn)閴A性磚表面并不規(guī)整，如果翻窯的時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)使磚松動(dòng)、縫隙增大，每環(huán)上方的磚就要下沉，這時(shí)不論采用加鐵板處理，還是采用加磚處理，相當(dāng)于減小了烘窯期間膨脹補(bǔ)償?shù)目p隙，增大了烘窯期間堿性磚熱面的膨脹擠壓應(yīng)力，減小了堿性磚的使用壽命。

2.5 正確使用烘窯燃料

堿性磚在1 000 ℃時(shí)的熱膨脹率大約為1.0%～1.2%，可產(chǎn)生300 MPa的壓應(yīng)力，相當(dāng)于10倍普通鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，6倍直接結(jié)合鎂鉻磚、白云石磚和尖晶石磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可使任何一種堿性磚遭到結(jié)構(gòu)破壞。因此在烘窯升溫過(guò)程中，一定要控制升溫速度，尤其是磚面溫度達(dá)到300～1 000 ℃的區(qū)域內(nèi)。

使用煤粉進(jìn)行冷窯點(diǎn)火烘窯，升溫速度不易控制，因?yàn)楦G內(nèi)和二次風(fēng)溫度都很低，煤粉燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣榷驾^慢，當(dāng)達(dá)到煤粉著火溫度并形成火焰時(shí)，煤粉燃燒放出的熱量大大超過(guò)烘窯所需熱量，并且升溫速度無(wú)法控制，1 h之內(nèi)磚面溫度就會(huì)升到500 ℃以上，致使堿性磚遭到膨脹擠壓而損傷。使用柴油進(jìn)行烘窯，升溫速度就很容易控制，因?yàn)閲娪蛪毫刂圃?.0～2.0 MPa，噴油量可以在100～1 000 kg/h范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，升溫速度可以控制在30～50 ℃/h，完全滿足堿性磚的升溫技術(shù)要求。開(kāi)始烘窯時(shí)使用柴油，當(dāng)窯尾溫度達(dá)到250 ℃后采用油煤混燒，磚面溫度超過(guò)1 000 ℃后再改為燒煤，能夠較好地控制烘窯升溫過(guò)程。

2.6 制定正確的烘窯升溫曲線

烘窯就是在點(diǎn)火投料前，對(duì)回轉(zhuǎn)窯、預(yù)熱器、分解爐等熱工設(shè)備內(nèi)襯砌的耐火材料進(jìn)行烘干，避免由于直接點(diǎn)火投料升溫過(guò)急而使耐火襯料內(nèi)的水分驟然蒸發(fā)，引起耐火磚炸裂和剝落。根據(jù)耐火磚的種類、厚度、含水量及砌筑量等因素，制定合理的烘窯方案，是提高耐火磚運(yùn)轉(zhuǎn)周期的關(guān)鍵。

（1） 燒成帶換磚量L＜10 m，窯系統(tǒng)更換、修復(fù)澆注料量不多，烘窯時(shí)間控制14 h，其升溫曲線如圖1所示。

圖1 烘窯時(shí)間為14 h的升溫曲線

（2）燒成帶換磚10 m≤L＜20 m，或者過(guò)渡帶以后換磚長(zhǎng)度L≥20 m，烘窯時(shí)間控制16 h，其升溫曲線如圖2所示。

圖2 烘窯時(shí)間為16 h的升溫曲線

（3） 燒成帶換磚L≥20 m，或窯口、窯尾更換澆注料時(shí)，烘窯時(shí)間控制18 h，其升溫曲線如圖3所示。

（4） 窯內(nèi)未換磚且停窯在24～48 h之間，烘窯時(shí)間控制10 h（停窯期間如遇雨雪天氣，升溫時(shí)間可延長(zhǎng)至12 h），其升溫曲線如圖4所示。

（5）臨時(shí)停窯24 h以內(nèi)的烘窯升溫：臨時(shí)停窯4 h以內(nèi)，可以不考慮烘窯升溫操作；臨時(shí)停窯4～12 h之間，按停窯時(shí)間的1/2進(jìn)行烘窯升溫操作；臨時(shí)停窯12～24 h之間，按1/3停窯時(shí)間進(jìn)行烘窯升溫操作。

圖3 烘窯時(shí)間為18 h的升溫曲線

圖4 烘窯時(shí)間為10 h的升溫曲線

2.7 制定正確的冷窯降溫曲線

（1）預(yù)分解窯、預(yù)熱器及分解爐等熱工設(shè)備不更換耐火磚及澆注料時(shí)，煅燒系統(tǒng)不需執(zhí)行冷窯降溫制度，讓其處于自然冷卻狀態(tài)。

（2）窯內(nèi)挖補(bǔ)耐火磚，原則上控制冷窯時(shí)間不得低于30 h；燒成帶、過(guò)渡帶或分解帶換磚長(zhǎng)度L＜10 m，且系統(tǒng)更換或修補(bǔ)澆注料不多（檢修3～4 d），控制降溫時(shí)間30 h，其冷窯降溫曲線如圖5所示。

圖5 冷窯時(shí)間為30h的降溫曲線

（3）燒成帶、過(guò)渡帶或分解帶大量換磚，預(yù)熱器及分解爐系統(tǒng)更換修補(bǔ)較多的澆注料（檢修7～10 d），控制降溫時(shí)間20 h，其冷窯降溫曲線如圖6所示。

2.8 正確控制窯皮的厚度

預(yù)分解窯內(nèi)火焰的溫度可以達(dá)到1 700 ℃及以上，如果沒(méi)有窯皮的保護(hù)，堿性磚極易因磚內(nèi)溫差應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而發(fā)生炸裂和剝落。窯皮的導(dǎo)熱系數(shù)為1.63 W/ (m﹒k)，堿性磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2.67～2.97 W/(m﹒k)，如果能保持厚度200 m m左右的窯皮，堿性磚的熱面溫度可降低到600～700 ℃，熱面層的膨脹率只有0.6%～0.7%；如果沒(méi)有窯皮保護(hù)，堿性磚熱面層的膨脹率可達(dá)1.5%及以上，磚內(nèi)溫差壓力達(dá)到60～70 MPa，超過(guò)了堿性磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致堿性磚產(chǎn)生裂紋、炸裂，甚至隨窯皮一起剝落。如果窯皮厚度達(dá)到300 mm，盡管對(duì)堿性磚的保護(hù)作用增加，但降低了燒成帶的容積熱力強(qiáng)度，影響窯的產(chǎn)量、質(zhì)量等生產(chǎn)指標(biāo)。所以，窯皮的理想厚度應(yīng)該控制在200 mm左右。

圖6 冷窯時(shí)間為20 h的降溫曲線

2.9 正確監(jiān)控窯筒體表面溫度

窯筒體表面溫度是判斷燒成帶位置、窯皮厚薄、窯內(nèi)有無(wú)結(jié)圈等的重要依據(jù)。當(dāng)燒成帶的筒體表面溫度降低到200 ℃時(shí)，說(shuō)明燒成帶形成了長(zhǎng)厚窯皮，甚至已經(jīng)產(chǎn)生了后結(jié)圈。當(dāng)燒成帶的筒體表面溫度升高到360 ℃時(shí)，說(shuō)明高溫處的窯皮已經(jīng)部分脫落，耐火磚的厚度至多有80 m m～100 m m；溫度升高到380 ℃時(shí)，表明耐火磚的厚度至多50 mm～60 mm，筒體有輕微紅的跡象；溫度升高到400 ℃及以上時(shí)，表明耐火磚已經(jīng)完全脫落，筒體已經(jīng)明顯變紅，不僅會(huì)留下永久黑疤，還會(huì)產(chǎn)生永久的凸凹變形，嚴(yán)重影響耐火磚的砌筑。因此，操作中一定要加強(qiáng)對(duì)筒體表面溫度的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)其升溫到360 ℃，就要及時(shí)調(diào)整火焰的高溫區(qū)，補(bǔ)掛已經(jīng)脫落的窯皮，防止發(fā)生掉轉(zhuǎn)紅窯事故。

2.10 正確認(rèn)識(shí)提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的生產(chǎn)意義

設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)是嚴(yán)格執(zhí)行點(diǎn)火升溫制度和停窯冷窯制度的基礎(chǔ)。若回轉(zhuǎn)窯每次點(diǎn)火升溫后都能保證正常運(yùn)行一個(gè)月、甚至幾個(gè)月的時(shí)間，那么用于點(diǎn)火升溫的時(shí)間和費(fèi)用就會(huì)變得無(wú)足輕重；若設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況不好，每個(gè)月都有幾次甚至十幾次的停窯，就不可能嚴(yán)格地執(zhí)行點(diǎn)火升溫和停車?yán)涓G制度。因?yàn)轭l繁地停窯，每次都用十幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間來(lái)烘窯，從烘窯的時(shí)間到費(fèi)用，水泥企業(yè)都承受不起。因此，事故頻繁的預(yù)分解窯，其堿性磚的使用壽命都不會(huì)太長(zhǎng)，相反，運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到90%及以上的預(yù)分解窯，其堿性磚的運(yùn)轉(zhuǎn)周期都比較理想。

3 結(jié)束語(yǔ)

正確選用堿性磚的磚型、供貨及驗(yàn)貨方式、烘窯燃料，是提高堿性磚運(yùn)轉(zhuǎn)周期的基礎(chǔ)。生產(chǎn)中正確監(jiān)控窯筒體表面溫度，能夠有效控制燒成帶窯皮及堿性磚的厚度，正確控制預(yù)分解窯的烘窯升溫曲線及冷窯降溫曲線，防止堿性磚炸裂和剝落。本文總結(jié)的提高預(yù)分解窯堿性磚運(yùn)轉(zhuǎn)周期的措施，可供水泥生產(chǎn)企業(yè)參考和借鑒。

參考資料

[1] 趙曉東.預(yù)分解窯溫度的調(diào)節(jié)與控制[J].水泥工程, 2015(1): 40-42.

[2] 趙曉東.水泥中控操作員[M].北京: 中國(guó)建材工業(yè)出版社, 2014.

2016-05-20）

TQ172.622.26;TU54

B

1008-0473(2016)05-0030-04

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.05.006

* 重慶市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度專項(xiàng)研究課題：高職院校實(shí)施現(xiàn)代學(xué)徒制的創(chuàng)新研究與實(shí)踐，課題編號(hào)：2015-ZJ-032。