水泥窯耐火材料長周期運行的實踐

師美高，徐金福，譚迪

1 水泥窯用耐火磚的中國標準

長期以來，國內外水泥窯使用的耐火磚磚型主要有兩種標準，一種是窯前端高溫部位堿性磚采用的德國標準，即VDZB型標準，另一種是窯中后端鋁硅質磚采用的國際標準，即型標準。

2019年11月，中國建材聯合會在北京組織召開了C型系列磚行業標準審查會，一致通過了對C型磚標準的評審。三種磚型的示意圖見圖1，C型磚的特點如下：

圖1 三種磚型示意圖

2 目前影響窯內耐火磚使用周期的主要因素分析

通過對某水泥集團在“十三五”期間100多臺窯的耐火材料檢修檔案的匯總統計，全窯系統耐火材料全年單耗＜0.3kg/t熟料，近一半的回轉窯實現了”三年兩次大修”的管理目標，在國內外均名列前茅。

研究表明，溫度變化、化學侵蝕和機械應力是影響窯內耐火磚使用壽命的三大主要因素，對于不同的回轉窯來說，每一種因素的影響程度也是不一樣的。對于水泥熟料生產來說，溫度變化、化學侵蝕在一定程度上不可避免，有時候是二者相互作用的結果，而機械應力的影響是在窯筒體中心線或橢圓度數值達到一定偏差后才會出現的。2019年，通過對某水泥集團近150臺回轉窯耐火磚異常消耗次數進行統計，分析了其產生異常損壞的原因，見表1。

表1 回轉窯耐火磚異常消耗次數跟蹤統計

從表1可以看出，機械應力損壞是造成耐火材料異常消耗的最主要原因。2019年，全年窯襯周期異常共50臺次，其中，因機械應力損壞造成的異常更換達25臺次，占異常更換臺次的50%。輪帶間隙過大（冷態間隙≥27mm）6臺次，輪帶間隙過小2臺次（冷態間隙≤5mm），筒體開裂3臺次，中心線檢測異常8臺次。

相對于窯內的耐火磚，窯口耐火材料的使用環境更加惡劣，除受高溫、化學侵蝕、機械應力影響外，還有更多磨損、筒體變形、窯口材料適應性和耐火材料施工及工藝操作上的影響等。因此，大多數窯窯口耐火材料的使用壽命制約了整臺回轉窯的運行周期。通過跟蹤統計近150臺回轉窯維修檔案，目前窯口耐火材料使用周期平均不到9個月，明顯低于窯內耐火磚使用周期。

表2 不同標準同窯使用周期對比

3 提高窯內耐火材料使用周期的條件與案例分析

3.1 落實C型磚標準進一步提高窯內耐火磚使用周期

首先，C型耐火磚的尺寸偏差對耐火磚的施工質量影響較大，控制耐火磚制作精度是提高窯內耐火磚使用周期的必要條件。其次，在施工環節，一般情況下燒成帶采用干法砌筑施工，嚴格控制每一環磚的配比和相關施工參數即可。但在過渡帶和分解帶使用的是非堿性磚，一般采用濕法施工，每塊磚大面火泥厚度的控制都非常重要，應進一步提高施工水平，開發鋪底砌磚平臺與火泥器等工具，確保施工質量。

某公司于2016年10月開始準備C型耐火磚，2017年1月開始進入窯內試用，到2019年11月底為止，分別在3家熟料基地的4臺回轉窯上的8個部位，長度共計45m進行了筑爐使用對比并長時間對C型磚標準進行驗證，取得了非常滿意的結果。其中，堿性磚運行周期達28個月，非堿性磚運行周期為24個月。不同標準同窯使用周期對比見表2。

從表2可見，通過不同窯相同部位或相同窯不同部位的對比，使用C系列耐火磚均取得了成功，證明C系列標準磚完全適于現有的耐火磚施工規范，適用性強。兩年多的生產運行未出現過抽簽、擠壓變形、擠碎掉磚、紅窯事故。窯內相同材質的三種不同尺寸磚型所承受的熱、熱化學、熱機械應力相似。生產運行均正常，沒有出現波動，運行工況長期保持平穩，燒成帶耐火磚的使用壽命遠高于現有標準磚。

3.2 消除機械應力，降低窯內耐火磚的異常消耗

多年實踐證明，當窯中心線偏離基準3mm時，就會對窯內磚產生潛在的影響，當＞5mm時，就會產生明顯的影響，以下案例充分說明了這一點。

2017年某廠1號窯耐火材料單耗為0.645kg/t熟料，耐火材料異常消耗有3次，異常換磚43m。為降低異常耐火材料消耗，2017年9月8日～13日，對窯中心線進行檢測，檢測結果為水平偏差+2mm，垂直偏差+5mm，研究決定對窯中心線進行修復性調整。通過調整，2018年耐火材料單耗降至0.096kg/t熟料（比2017年下降0.549kg/t熟料），輪帶間隙和滑移量數據均在正常范圍內。

因此，通過測量、調整回轉窯中心線及打磨托輪，并長期關注輪帶間隙產生的筒體機械應力對窯襯的影響，在每次檢修時測量輪帶間隙，及時調整超標間隙，能夠消除回轉窯因機械應力過大對耐火材料消耗的影響。某集團回轉窯連續運行周期不斷提高，從連續運行60d不停窯，到連續運行100d不停窯，連續運行天數逐步增多，到2019年某集團連續運轉超200d的回轉窯有9條，窯內耐火材料使用周期是實現回轉窯長時間不停窯的前提與基礎。

3.3 設計優化窯口耐火材料施工方案，使窯口耐火磚使用周期與窯內耐火磚同步

窯口優化設計主要有以下幾個方面：

（1）錨固件的形狀有所改變，與窯筒體之間存在一定彈性，錨固件所用材質由1Cr18Ni9Ti升級變更為0Cr25Ni20Ti。

（2）在膨脹縫預留的問題上，縮短膨脹縫與膨脹縫之間的距離，以一塊窯口護鐵作為一個單元進行澆注。

（3）選用AS-20高強防爆抗侵蝕澆注料，加水量嚴格按照AS-20澆注料理化指標進行施工。

（4）點火升溫，盡量按照升溫曲線進行升溫。

2019年，某集團有4臺窯按上述方案進行了優化，其中在貴州某廠的1號窯，于2019年1月檢修時實施的上述窯口耐火材料優化方案，2020年3月底進行了耐火材料更換，耐火磚實際使用周期近15個月。

3.4 做好耐火材料的日常維護

（1）從源頭抓起。嚴格控制原材料的配比和均化，改善熟料的易燒性，控制燃料和原材料的細度與硫堿等含量。

（2）升降溫養護。嚴格升降溫控制，任何情況下都堅決避免急冷、驟熱，明確規定升降溫速率，完全冷窯時，低溫段升溫速率必須控制在50℃/h以內。故障停窯時，以窯保溫為主要控制原則。

（3）工藝運行穩定。注意投料期間的工藝平穩操作，在日常運行中，確保筒體掃描工作正常運行，密切關注筒體溫度變化，尤其是窯襯磚使用12個月以后，工藝調整以小調、微調為主，避免窯皮過厚、頻繁脫落等情況，更應避免火焰燒磚或熟料燒流燒磚現象。

4 結語

隨著水泥窯用耐火材料C型磚標準的推廣，通過優化窯口關鍵部位，創新窯內施工工藝；采取對窯中心線、輪帶間隙檢測、調整及打磨托輪等系統保障措施，消除回轉窯系統機械應力的不利影響；同時，著力抓好日常水泥生產配料、開停窯等工藝環節的管理，在“三年兩次大修”的基礎上完全能夠實現水泥回轉窯“兩年一次大修”的目標。