提高氧化铝熟料回转窑耐火材料使用寿命的措施

中铝山西分公司氧化铝熟料窑6台,规格为Φ4.5×110m,冷却机规格为Φ4.5×50m。根据物料在熟料窑内衬各段发生的物化反应，可将窑沿轴线分成4个工作带。

1.1预热带

位于窑尾端约40~50m,窑气温度700-1100℃,物料被加热到150~600℃左右,物料以料浆状态在此发生脱水、脱掉硅渣、水铝石、高岭石水合物中的结晶水。料浆中的硫酸钠还原为硫化物,炉料膨胀。

1.2分解带

约20~30m,窑气温度1400℃左右,物料被加热到1000℃左右。物料发生分解反应:

CaCO?→CaO+CO?

Na?CO?+Fe2O?一Na?OFe2O?+CO?

NaCO?+Al?O?→NaAl2O?+CO?

Na?CO?+Fe2O?SiO?一Na?OFe?O?SiO?+CO?

由于CO?大量释放,炉料处于悬浮流化状态,移动速度快,炉料体积先膨胀后收缩。

1.3烧成带

约8-10m,位于燃料燃烧的区域,窑气温度约1500℃左右,物料温度为1300℃,物料在此带完成烧结过程,化学反应如下:

Na?O·Al?O?·2SiO?+4CaO=Na?O·Al?O?+2(2CaO·SiO?)

1.4冷却带

约6m左右,位于窑头,物料吸入二次冷空气进行热交换冷却至约1000℃后,出窑进入冷却机。

内衬损毁原因

2.1碱侵蚀

氧化铝熟料窑内的料浆中,混配有相当数量的CaCO?、Na?CO?等碱性物质,它们在高温下浸泡或附着在内衬表面,并渗人其中,除自身发生化学变化外,还可能与内衬发生反应,沿断面方向形成两种成分的组织,破坏了原衬体的组织结构,从而降低了内衬强度。当物料温度或成分变化较大时,两相分离,衬体产生剥落。经过对剥离块和残砖、原砖进行岩相组织分析比较,很容易证明这一点。由预热带、分解带的碱存在状态可知,这两个工作带受碱侵蚀作用最为剧烈,但此阶段的物料本身强度低,内衬受冲击作用损毁和磨擦磨损较小,所以这两个工作带的损毁主要是碱侵蚀。

2.2工艺损毁

(l)窑皮是烧成带内衬的保护层,稳定地保持窑的热工制度,维护好窑皮,是保证熟料窑稳产、高产的先决条件。挂窑皮时,窑皮要与内衬表面熔融附着,否则会对内衬工作面产生烧损,但窑皮挂好后,只要料浆中的铝硅比稳定,波动小,物料烧成温度恒定,窑皮坚固,这样就能大大减少内衬磨损。当物料中铝硅比较大时,物料烧成温度要求提高,这样在熟料被烧成的同时,窑皮也被烧熔,随同物料进入流程,这时,内衬工作面在高温下直接受到料团的冲刷、磨擦,磨损量较大。为了保护内衬,不得不重复挂窑皮的操作,所以,铝硅比多次波动时,窑皮损坏,内衬受损。

(2)火焰长度和喷煤咀位置有偏差时,会使物料烧结效率降低,窑皮及内衬受高温冲刷作用加强,也将导致内衬寿命缩短。

(3)在烧成带挂窑皮的同时,与之相邻的前分解带内衬上也会附着一层比烧成带薄的窑皮,称之为副窑皮。一般来说副窑皮对内衬也有保护作用,但这层窑皮多为中间化合物低温共晶熔体,易附着。在还原性气氛和窑内温度波动时,这层窑皮也易脱落，在还原性气氛和窑内温度波动时，这层窑皮也易脱落，并粘带着内衬表层，使内衬受损，所以，这段衬要有足够的强度和抗侵蚀性。

2.3机械损毁

窑系统各部分检修时不同步，引起多次停窑，使内衬常处于急冷急热状态，而产生了裂纹，直至渗料进碱进气，从而剥落。停窑检查发现个别区段内衬有被挤压、拉斜至于破碎、掉块的现象，属窑体受扭曲所至，说明窑动转不同心，窑线不正。另外大齿圈位置机械故障引起震动，使该位置内衬不稳定，产生松散从而掉砖。冷却带材质损毁的主要原因是，此段物料已具有较高的强度和较大的块度，直接磨损或砸击内衬，普通粘土砖强度低，不耐磨，在短时间内均匀变薄，寿命短。

2.4内衬砌筑质量差导致的损毁

窑内衬砌筑质量的好坏，同样影响内衬的寿命，而且，当内衬质量有缺陷挂窑皮又不能一次成功时，将直接导致窑壳被烧红而停产。曾经因内衬砌筑质量而导致停产的直接情况主要有两种，一是掉砖;二是环缝损毁。

(1)掉砖。当回转窑运转过程时，内衬中整块砖拔出或脱落而引起的红窑称为掉砖，一般在内衬施工交工后不久就会发生，究其原因无不与内衬砌筑质量差有直接关系。一是用砖不合适且泥浆不饱满。所掉砖的尺寸过小或与周围砖的尺寸不匹配，加之泥浆不饱满，致使砖松动而脱落;二是砌筑时出现错台现象，砖的摆放与窑皮不垂直，工作面的灰缝大底部灰缝小，压失去轴向作用力而脱落;三是锁口砖砌筑不严实，多是因为锁口砖加工粗糙不能满足要求且灰缝过大所至。

(2)环缝损毁。窑运转一段时间后，相邻两环砖之间的环缝变宽或环缝处砌体损毁，环缝外没有了内衬的保护而导致红窑停产。这主要是因为环缝留设不平整所至，当环缝所在面为倾斜的椭圆，与窑轴线不垂直时就会造成运转后环缝变宽;当环缝留设参差不齐有台阶时，在运转中就会发生台阶处受力不均而损毁。

改进措施

(1)改善材质，研制配套用耐火材料。根据熟料回转窑各个工作带工况条件的不同，有针对性的配置不同的抗损毁耐火材料，并需要考虑到各个工作带内衬寿命的基本匹配问题，减少停窑检修次数，使各个工作带内衬达到即有独立的抗损毁性又有相匹配周期的目的。比如预热带内衬材料选用化学稳定性好、耐碱侵蚀性强的低碱高硅质的叶蜡石耐火砖;烧成带选用抗剥落高铝砖，可在高铝砖中添加“三石”原料，使制品中形成较多稳定的莫来石相。

(2)改进操作工艺

为了形成坚固的窑皮，并保持其稳定性，避免料浆铝硅比波动时重复挂窑皮的损毁，可单独增加一条输送高铝硅比物料的管道，供挂窑皮时专用，这样形成的窑皮就不会因烧成温度提高而被烧损，能稳定地保护内衬。

(3)改善机械状况

窑线正、直与否也直接影响到内衬材料的寿命，由于回转窑长达100多米，所以窑线不正时，窑体所受机械扭距较大，严重时引起筒体变形甚至开裂，从而使内衬失去附着而坍塌，所以在内衬砌筑后，必须用较先进的手段找正窑线，并维修好其它机械部分，使窑综合维修保养后，再启动运转，这样就可以减少频繁停车对内衬抗热震性的影响。

(4)提高内衬砌筑质量

针对内衬砌筑的质量问题，需要在砌筑前制定内衬砌筑施工的详细规程，比如将同规格砖按误差范围大小分为ABC三类，砌筑时同一环要求使用同一类型的砖，不得混用;在每环砖砌筑之前，要先测量放线，控制好铺底位置并画出环缝线，同时要求砌筑时层层拉线，保证前后口灰缝尺寸;锁口砖不得采用手工加工，必须逐块测量后用切砖机加工。