回转窑耐火材料内衬的作用及影响使用寿命的因素

       回转窑是水泥厂生产运行核心设备，能否保证生产连续运行，在很大程度上取决于回转窑耐火材料内衬使用情况。然而影响回转窑耐火材料使用情况的因素有很多，但主要是化学侵蚀、热负荷、机械负荷这三个方面因素。

1、回转窑内火材料内衬的作用

       回转窑耐火材料内衬的作用如下：（1）组织高温物料、火焰及气流对筒体的直接损伤，保护窑筒体，避免窑筒体高温变形。（2）组织烧成过程中液相量熟料及CO、Cl₂、SO₂等有害物质直接侵蚀筒体。（3）在煅烧过程中，熟料的烧成温度约为1450℃，但窑内烧成带燃烧气体的温度最高可达1700℃以上，窑内耐火材料起到隔热作用，降低筒体温度，阻止热量损失节约能源。（4）具有蓄热保温的作用，耐火材料窑衬可以充当传热介质，从窑内高温气体中吸收热量，以传导及辐射方式把热量传给物料。（5）耐火材料窑衬能够改善挂窑皮性能，组织高温及有害物质对筒体的侵蚀，能够更好保护窑筒体。

2、影响回转窑耐火材料使用寿命的因素

       回转窑内可分为前窑口、下过渡带、烧成带、上过渡带、预分解带和后窑口等部位。根据不同部位的温度，需配置不同材质的耐火材料内衬。在生产过程中，耐火材料会受到来自窑筒体及物料向前运动的机械负荷、喷煤管煤粉燃料和高温物料的热负荷、熟料及有害气体的化学侵蚀等；窑内耐火材料设计、质量、砌筑、烘炉以及来自物料的磨损等因素，都会导致耐火材料内衬过早损坏。

       经过理论分析，结合实际生产经验，得出影响窑内耐火砖使用寿命的因素见下图，其中主要有化学侵蚀、热负荷、机械负荷三个方面因素。

（影响窑内耐火材料寿命的因素）

2.1机械负荷对耐火材料使用寿命的影响

       回转窑的机械负荷主要是水泥熟料在煅烧过程中，筒体、耐火材料、物料、含尘气体相对运动并传热，窑衬受到相对运动而产生的机械负荷以及来自物料的重力和磨蚀作用。当窑内耐火材料所承受的机械负荷超过自身强度时，会导致耐火材料损坏。产生机械负荷的因素主要有以下三个原因：

     （1）筒体扭曲及变形。由于回转窑内耐火材料、窑内物料和筒体自身重量累加重量过大，在重力以及热负荷作用下，或因局部高温导致筒体局部发生凹凸形变。筒体的圆形截面会变成椭圆形，当窑运转时，筒体变形处会对耐火材料产生机械负荷，且椭圆度愈大所产生的机械负荷也愈大。由椭圆度变化产生的剪切应力作用在每环砖上，故造成砖剥落，一般情况下，剥片厚度均匀、坚硬。

（筒体变形：左图筒体变形后砌筑情况，右图是筒体变形）

     （2）回转窑的轴线偏移。回转窑是由轮带、托轮、托辊支撑的，各断面圆中心点的连线，应在一条直线上。但在窑筒体安装及部分筒体切割更换后，或者窑体经过一段时间运行后且窑内热工制度不稳定，在热负荷和荷重的作用下，窑体的轴线会产生偏移。再经长时间的运转，轮带和托辊的磨损、托辊出现的外偏和内偏，各个支撑点的荷重会发生不同变化，特别是当支撑点的荷重过大时，轮带及托辊表面会异常剥离或裂缝，这又将进一步加剧窑体轴线偏移；轴线偏移结果将导致耐火材料受到挤压变形造成破损或脱落，耐火砖损坏后形状深浅不一。

（回转窑轴线偏移造成的耐火砖损坏）

     （3）砌筑质量差。由于施工因素，造成耐火砖砌筑过松及扭曲错台，在回转窑运转过程中，窑筒体与耐火砖冷面产生相对运动，砖衬推力过大，会导致耐火砖扭斜错位和砖层裂、掉角、甚至掉砖。

（砌筑质量差造成的耐火砖损坏）

2.2 热负荷对耐火材料使用寿命的影响

       热负荷是指窑内衬在烘炉温升过程中，耐火材料因受高温产生的热膨胀，造成相邻耐火材料之间相互挤压。使其不能完全自由膨胀而产生的挤压应力大于耐火砖的强度时，就会导致耐火砖热面剥落，热应力是窑内耐火砖剥落、破损的重要原因之一。以镁铁砖或镁铝尖晶石砖为例，l400℃时的膨胀率按1.6%计算，长198mm的耐火砖其膨胀量可达3.16mm，如此大的膨胀，需要正确地预留好环缝(膨胀缝)，预留过大可能会导致耐火砖出现抽签、掉砖现象，预留过小产生的热应力无处释放，会导致耐火砖产生剥落现象，从而严重缩短耐火砖的使用寿命。

2.3 化学侵蚀对耐火材料使用寿命的影响

      化学侵蚀对耐火材料侵蚀在任何窑炉上都存在，是影响窑炉的使用寿命重要因素之一，并且侵蚀机理较多而复杂。

（1）煅烧温度过高或波动

      在回转窑内物料逐步转化为水泥熟料，烧成带熟料的液相量约在25%~30%，转化成的熟料物相主要包含C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF等，高温下液相熟料会与耐火砖表面发生化学反应，并且耐火材料还会受到碱盐等有害物质和部分有害气体的渗透侵蚀。若煅烧温度过高，熟料液相量升高，熟料与耐火材料的化学反应会加剧，导致熟料与耐火材料热端的反应层加深，因反应层与砖的内部结构存在差异，发生了质的变化，如窑内温度突然发生较大波动或停窑冷却时，耐火材料变质层会造成的剥落开裂。所以为了保证耐火砖的使用寿命，应稳定生产操作，制定合理的升及温冷窑制度。

（冷窑制度不合理造成耐火材料整层剥落）

（2）窑速较快

       新型干法回转窑的转速通常在3.5～4r/min，甚至有高达4r/min以上，筒体的线速度会达到1m/s以上。若窑速提高，在高转速、大直径和高温度情况下，熟料与耐火材料接触次数更加频繁，使耐火材料窑衬所承受热负荷、机械负荷和化学侵蚀的综合损坏效应，与低转速回转窑或静态窑炉要大得多。这就要求大中型回转窑耐火材料窑衬均须具有足够的强度和稳定性，并制定合理的转窑制度。

3、结语

       如今水泥工业在绿色发展规划的政策背景下，回转窑耐火材料内衬向“节能、环保、长寿命、轻量化、无铬化”方向发展，内衬的配置方案、设计、质量、存放、砌筑、烘窑、生产操作等因素，若处理不当均能影响回转窑耐火材料的使用寿命。通过对上述因素分析，应制定一系列措施对耐火材料进行维护，才能延长耐火材料的使用寿命，有助于达到最佳的使用效果。

       郑州真金公司致力于水泥、石灰、有色、钢铁、玻璃及化工行业耐火材料的研发研制、技术解决方案设计、施工及配套产品提供等一站式总包服务，集产销研出口一体化的高温窑炉整体解决方案服务商。服务链贯穿前期咨询、方案设计、研发生产、筑炉施工及安全生产等整个项目的生命周期，通过对各种牌号产品的优化组合，满足不同工艺要求，切实为客户创造价值。