水泥窯堿性耐火磚受損的8個(gè)重要原因
熱、機(jī)械和化學(xué)3種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)耐火磚的應(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)堿性耐火磚，具有8種破壞因素，主要是：
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、C4AF會(huì)強(qiáng)烈地溶蝕堿性磚中的方鎂石和其他部分，析出次生的CMS和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)填充耐火磚襯內(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(kāi)裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開(kāi)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。窯尾最熱級(jí)預(yù)熱器中生料的R2O、SO3含量往往分別增至原生料的5倍、3~5倍，當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位，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)致耐火磚滲入層的熱震穩(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(kāi)裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開(kāi)始整個(gè)無(wú)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)Fe3+還原成Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中的遷移擴(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)，窯其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(guò)程主要發(fā)生在無(wú)窯皮保護(hù)的區(qū)域。
④過(guò)熱：當(dāng)窯熱負(fù)荷過(guò)高，使磚面長(zhǎng)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，而使耐火磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生燒成帶的正火點(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(lái)，在冷卻帶和過(guò)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(guò)燒造成的，很少有其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來(lái)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(kāi)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(kāi)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)不正常或窯皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性磚易受熱震而破壞。窯皮突然垮落，致使磚面溫度瞬驟升(甚至高達(dá)上千度)，而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱用力。此外，窯的頻繁開(kāi)停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過(guò)磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開(kāi)始開(kāi)裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，最后使磚碎裂。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)象易發(fā)生在靠近窯尾方向的過(guò)渡帶區(qū)域。
⑥ 熱疲勞：窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)磚襯沒(méi)入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則表面溫度升高，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15~20mm，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)，窯襯收到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，要的轉(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：耐火磚和窯皮的質(zhì)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)，以及擋磚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)所有應(yīng)力之和超過(guò)了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開(kāi)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。
⑧磨損：預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒(méi)有窯皮保護(hù)時(shí)，熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì)對(duì)該部位的耐火磚襯產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨損損壞。
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