技术 | 频繁错峰生产造成的烧成系统耐火材料损坏及处理

摘要

在错峰生产的形势下，水泥窑高频次开停，采取缩短升温时间、快速升温投料的措施保证熟料产量，对回转窑系统的耐火材料损坏严重，其使用寿命大幅度下降，本文分析窑头罩浇注料炸裂脱落、窑头燃烧器浇注料炸裂、篦冷机矮墙使用不到一个周期浇注料脱落等现象，通过采取使用更好的材料、优化施工方式、调整检修工序等措施，基本解决了在快速升温过程中耐火浇注料破损的问题。

0　引言

随着国内环保要求日趋严格，水泥行业错峰生产的时间、频次也逐步增加，导致回转窑系统连续运行时间大大降低，频繁开停窑，频繁烘窑、冷窑。水泥企业为降低烘窑成本，提高有效时间内的熟料单位产量，放弃原来大修之后的2~3 d的烘窑制度，采取快速升温投料的措施，缩短回转窑升温时间，甚至有的企业大修之后，升温仅10 h就投料，不仅对设备造成一定的损伤，对烧成系统的耐火材料也造成较大的破坏，导致开窑之后，多处耐火材料脱落，需要打补丁。

1　各部位耐火材料破损情况

1.1　窑头罩浇注料

华中地区某水泥公司在大修之后，为缩短升温时间，提高窑系统的实际运转率，将原计划36 h升温时间缩减为12 h。投料之后，窑运行40 h左右，窑头罩顶盖浇注料开始脱落，壳体发红，进而掉落，最后窑头罩槽钢骨架几乎烧毁（见图1），不得不停窑处理。

图1　窑头罩浇注料损坏情况

1.2　篦冷机矮墙浇注料

西南区域某水泥公司在错峰生产检修期间更换的篦冷机矮墙浇注料，在快速升温投料之后，运行不到一个周期（12个月），矮墙浇注料磨损严重（见图2），需要修补（采用正常升温制度时两年修补一次）。

图2　篦冷机矮墙磨损情况

1.3　窑口浇注料

窑口浇注料相对于其他地方的浇注料工况更恶劣，更容易损坏，直接限制水泥窑的运转率。若窑口浇注料施工方式不对，在现有快速升温制度下，会加剧日后正常生产中浇注料的损坏。窑口浇注料不仅要面临升温过程中快速升温产生的炸裂，还在生产运行中承受高温、熟料飞砂的磨蚀、回转窑运动的机械应力等，损坏的概率倍增，破损严重，如图3所示。

图3　窑口浇注料破损情况

1.4　窑头燃烧器浇注料

窑头燃烧器是重要的热工装备，一旦出现问题，就需要停窑处理，窑头燃烧器浇注料在快速升温过程中有炸裂现象，如图4所示。

图4　窑头燃烧器浇注料破损情况

2　原因分析

2.1　窑系统开停机频繁

在国家环保、错峰生产政策下，开停窑频繁，不仅浪费能源，同时也对窑系统耐火材料的安全状态以及使用寿命有较大的影响。

2.2　窑系统急剧升温造成浇注料爆裂

作为不定形耐火材料的常见类别之一，耐火浇注料由于综合性能优异而被广泛应用于各种热工设备。在浇注料中加入水，首先可以使原料的混合均匀过程更加有效，并使浇注料砂浆更容易输送和成型；其次，水与浇注料中水硬性结合剂的反应，可以为材料提供必要的早期强度。这些水虽然在较低温度时可以稳定存在于材料内部，但随着温度的逐渐升高，它们又会以水蒸气的形式逸出。如果该过程不能顺利进行，往往会导致材料的结构损伤乃至灾难性破坏（爆裂），因此防爆裂性能是影响浇注料使用效果的关键性能之一。

窑系统的耐火材料在正常检修或者停窑之后的升温过程中，烟室温度700 ℃以下时的升温速度基本在10~20 ℃/h，烟室温度800 ℃以上时的升温速度在50 ℃/h。在快速升温制度下，大修之后升温时间从传统的48 h或者72 h缩短至10~16 h，升温速度极大提高，达到100 ℃/h甚至更高，若耐火材料施工、养护时间都存在问题，耐火材料的损坏就在所难免。

3　采取的措施

（1）提高相应部位的耐火材料等级，使用更高标号的耐火材料产品，以适应现有频繁开停窑的状况。例如，某公司窑头燃烧器浇注料原使用燃烧器专用浇注料G-17P，在快速升温过程中窑头浇注料频繁炸裂脱落。在使用自流式耐火浇注料（SF-20）之后，一到二个使用周期（1~2年）内，不需要更换和处理，如图5所示。

（2）改变耐火材料施工方式，将传统的现场浇注料施工改为用预制件施工，极大地改善了因现场施工导致的浇注料中水分含量偏高问题，避免了浇注料在快速升温过程中炸裂。篦冷机矮墙、窑头罩侧墙采用预制件施工，如图6所示。

图5　窑头燃烧器浇注料使用12个月情况

图6　篦冷机矮墙预制件施工

（3）改变耐火材料检修施工在整个系统检修中的顺序。在原来的水泥厂停窑检修期间，耐火材料施工一般都排在设备检修施工之后；在现有情况下，将耐火材料施工顺序放在前面，尤其是窑头罩和篦冷机处，使耐火材料有较长的养护期，减少在升温过程中的水蒸气排放量；同时增加排气孔，用电钻打孔或者在施工时放筷子等（见图7），使其在升温过程中水蒸气能及时排出，进而避免快速升温过程中耐火材料爆裂。

图7　窑口浇注料增加排气孔

4　效果

经过上述一系列措施之后，在目前错峰生产的情况下，频繁开停窑的烧成系统生产10~12个月之后，耐火材料和浇注料的磨蚀、损坏程度较小，如图8所示。极大地降低了耐火材料、浇注料的维修工作量和强度，同时也为单位时间内提高窑系统的运转率提供了坚实的基础。

图8　浇注料使用12个月情况

5　结束语

水泥行业频繁错峰生产政策下，水泥厂采取提高升温速率、缩短升温时间的措施，需结合耐火材料不同的部位、不同的损坏原理，选择合理的耐火材料配置和结构设计及规范的施工技术，同时采用合适的施工顺序、提高耐火材料等级等措施，可以延长耐火浇注料的使用寿命，也为窑系统在目前国家错峰、环保、限电政策、频繁开停的情况下提高运转率，以及实现优质、高产打下坚实基础。

作者单位：合肥水泥研究设计院有限公司，南阳市天泰水泥有限公司，陵川金隅冀东环保科技有限公司