詳解窯爐爐襯耐火材料損毀的8種破壞因素

一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為4個(gè)帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶。四帶中，燒成帶窯襯為關(guān)鍵，目前國內(nèi)外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性磚。

熱、機(jī)械和化學(xué)3種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)的應(yīng)力并導(dǎo)致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內(nèi)位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應(yīng)力。

對(duì)堿性磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原－氧化反應(yīng)、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對(duì)窯內(nèi)不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現(xiàn)就這8種因素?fù)p壞堿性磚的機(jī)理分別作一簡述。

1、熟料熔體滲入

熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S和C4AF會(huì)強(qiáng)烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會(huì)析出鉀霞石；而熔體則會(huì)充填磚襯內(nèi)氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力雙重作用，導(dǎo)致磚極易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預(yù)分解窯入窯物料溫度已達(dá)800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個(gè)預(yù)分解窯內(nèi)，即熟料熔體對(duì)預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

2、揮發(fā)性組分的凝聚

預(yù)分解窯內(nèi)，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾熱級(jí)預(yù)熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區(qū)段后)，物料中的揮發(fā)性組分將會(huì)在所有磚面及磚層內(nèi)凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導(dǎo)致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機(jī)械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開始整個(gè)無窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴(yán)重，因此要特別注意對(duì)該部位窯襯的選型。

3、還原或還原－氧化反應(yīng)

當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內(nèi)的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴(kuò)散能力比Fe3+強(qiáng)得多，這又進(jìn)一步加劇了體積收縮效應(yīng)，從而使磚內(nèi)產(chǎn)生孔洞、結(jié)構(gòu)弱化、強(qiáng)度下降。同時(shí)，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應(yīng)反復(fù)發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。

4、過熱

當(dāng)窯熱負(fù)荷過高，使磚面長時(shí)間失去窯皮的保護(hù)時(shí)，熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動(dòng)和熱疲勞，易于損壞。

近年來，在冷卻帶和過渡帶，有不少企業(yè)使用了硅莫磚，大部分硅莫磚的事故是由于過燒造成的，很少是其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來石構(gòu)成，而且碳化硅起著非常重要的作用，理論上當(dāng)溫度上升到2500℃左右，碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨，實(shí)際上在窯內(nèi)還原氣氛條件下，碳化硅在1700℃左右已開始分解，對(duì)硅莫磚構(gòu)成致命的破壞。

5、熱震

當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蚋G皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達(dá)上千度)，而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。此外，窯的頻繁開停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力一旦超出磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。

6、熱疲勞

窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉(zhuǎn)一周，磚襯表面溫度升降幅度可達(dá)150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達(dá)130000次之多。這種溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7、擠壓

回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，窯的轉(zhuǎn)動(dòng)、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動(dòng)力學(xué)負(fù)荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負(fù)荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會(huì)使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個(gè)窯襯內(nèi)。

對(duì)于緊靠擋磚圈的磚，大部分損壞是由于擠壓力造成的。國外某公司專做窯口磚，其使用壽命可以保證3年以上，我們把它與其他磚作了檢測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其差別主要在高溫抗折強(qiáng)度上，而國內(nèi)耐火磚的標(biāo)準(zhǔn)根本就沒有把高溫抗折強(qiáng)度列進(jìn)去，這一點(diǎn)應(yīng)該引起耐火磚生產(chǎn)廠家的重視。

8、磨損

預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護(hù)時(shí)，熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì)對(duì)該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

實(shí)際上，不要以為窯口沒有窯皮是正常的，在有條件的情況下，保持冷卻帶有一定的窯皮，不但能有效保護(hù)窯口磚，而且對(duì)拓寬窯的操作彈性，穩(wěn)定產(chǎn)質(zhì)量都是有好處的。