在當(dāng)今的水泥行業(yè)中，新型干法窯、預(yù)分解窯和各種類型的傳統(tǒng)窯多種形式共存，而新型干法預(yù)分解技術(shù)是當(dāng)今世界技術(shù)發(fā)展的主流。新型干法水泥熟料在煅燒過(guò)程中，燒成溫度1450℃左右，而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的燃燒氣體溫度最高可達(dá)1700℃以上，甚至接近2000℃。不論是技術(shù)先進(jìn)還是傳統(tǒng)的燒成系統(tǒng)設(shè)備，均需配置高性能的耐火材料。優(yōu)質(zhì)的耐火材料不僅可確保窯的高產(chǎn)和安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高，達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程中高效低耗的目的。

　　影響窯內(nèi)耐火材料使用周期的因素很多。窯內(nèi)襯料在使用過(guò)程中因受機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷和化學(xué)侵蝕等綜合效應(yīng)的影響，往往達(dá)不到窯襯的正常使用壽命，從而會(huì)過(guò)早損壞，其原因較為復(fù)雜，必須通過(guò)仔細(xì)觀測(cè)分析，才能找出不正常損壞的原因，減少窯襯的過(guò)早損壞事故。通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)在眾多的影響因素當(dāng)中，以下3個(gè)方面尤為重要，水泥廠對(duì)此不應(yīng)忽視，要側(cè)重管理。

　　機(jī)械應(yīng)力對(duì)耐火材料使用壽命的影響

　　回轉(zhuǎn)窯是旋轉(zhuǎn)體，機(jī)械應(yīng)力對(duì)耐火材料的損傷非常突出，由于不同狀況的操作條件，耐火磚受到不同機(jī)械應(yīng)力的作用，當(dāng)所承受的機(jī)械應(yīng)力強(qiáng)度超過(guò)耐火磚自身的強(qiáng)度時(shí)，磚體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生局部或全部損壞。因此機(jī)械應(yīng)力是最為重要的損壞因素。

　　1.橢圓變形帶來(lái)的磚損傷

　　①橢圓變形如何帶來(lái)磚損傷

　　窯筒體變形是由窯內(nèi)襯磚、窯料和筒體重力等綜合因素造成，在上述重力及熱負(fù)荷作用下，筒體的圓形截面變成橢圓形。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，橢圓對(duì)耐火磚造成機(jī)械應(yīng)力，橢圓度愈大所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力也愈大。為減少輪帶對(duì)筒體的應(yīng)力變形，在筒體和輪帶之間設(shè)計(jì)時(shí)留有間隙，在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常對(duì)間隙進(jìn)行調(diào)整，保持合適的間隙。即使采用預(yù)防性措施，窯筒體在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中仍會(huì)出現(xiàn)橢圓形變，致使窯內(nèi)襯磚遭受橢圓度應(yīng)力。由橢圓產(chǎn)生的剪切應(yīng)力隨窯旋轉(zhuǎn)每周至少變化4次，使用6～8個(gè)月襯磚受剪切應(yīng)力循環(huán)作用360萬(wàn)～480萬(wàn)次，這是十分巨大的疲勞作用，對(duì)耐火材料的破壞格外嚴(yán)重。由橢圓產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用在每環(huán)磚的切線方向，故殘磚剝落成環(huán)狀損壞，而剝片厚度一般均勻、堅(jiān)硬。

　　②橢圓率的管理

　　Holderbank公司提出的橢圓率管理數(shù)值，一般將其作為橢圓率的管理基準(zhǔn)值，這個(gè)數(shù)值有上限值和下限值，與窯徑呈直線關(guān)系，上限和下限之間的部分為理想范圍。上限值是對(duì)荷重或間隙引起大窯變形而造成耐火材料損傷所能允許的最大界限值，如果超過(guò)上限會(huì)給磚帶來(lái)不良影響，造成磚脫落等事故，引起耐火磚破損。下限值是為了避免間隙不足時(shí)產(chǎn)生窯筒體被輪帶夾住(所謂輪帶夾緊現(xiàn)象)的數(shù)值。

　　橢圓率的值是通過(guò)橢圓度計(jì)算出的，橢圓率=橢圓度/窯有效內(nèi)徑×100%。橢圓度計(jì)算式為W=4/3D2σ，其中W為橢圓度，σ為筒體測(cè)示儀測(cè)得的最大偏差值，D為筒體外徑。合理的橢圓度應(yīng)小于窯外徑的1/10，因此橢圓度要控制在窯外徑的1/10范圍內(nèi)。若沒(méi)有筒體測(cè)試裝備，可以通過(guò)輪帶和筒體相對(duì)滑動(dòng)(滑移量)和間隙對(duì)橢圓度進(jìn)行控制。

　　實(shí)踐表明，磚的損耗速度與熱窯橢圓率有一定的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)它們的關(guān)系得到近似公式得出：熱窯橢圓率的允許值為1年運(yùn)轉(zhuǎn)要控制在0.42%以下，半年運(yùn)轉(zhuǎn)要控制在0.78%以下。但是在燒成區(qū)域，由于橢圓度的增大會(huì)造成結(jié)皮不穩(wěn)定從而引起熔化損傷等異常損耗，因此要進(jìn)行更加嚴(yán)密的橢圓率管理。

　　橢圓率管理不僅對(duì)穩(wěn)定大窯操作、延長(zhǎng)磚的使用壽命有重要意義，而且通過(guò)定期測(cè)定熱窯橢圓度也可以準(zhǔn)確掌握機(jī)械狀況，制定出更加準(zhǔn)確的大窯維修計(jì)劃。

　　③管理要點(diǎn)

　　通常的運(yùn)轉(zhuǎn)管理中，如果在熱態(tài)窯情況下測(cè)出的橢圓率(實(shí)測(cè)值)等于或超過(guò)0.6%，并且輪帶滑移量等于或超過(guò)30~50mm，必須考慮調(diào)整墊板高度。實(shí)際工作中必須考慮以下幾點(diǎn)：一是抑制卡緊現(xiàn)象發(fā)生。要掌握通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輪帶滑移量并對(duì)從滑移量中計(jì)算出來(lái)的橢圓率變化進(jìn)行管理。同時(shí)要確認(rèn)這個(gè)數(shù)值和筒體橢圓率測(cè)定儀的實(shí)測(cè)值呈何種關(guān)系。如果有條件，筒體測(cè)定儀的實(shí)測(cè)值可以兩個(gè)月測(cè)定一次，但最少要大修前測(cè)定一次，用以制定維修計(jì)劃。點(diǎn)火時(shí)要監(jiān)視輪帶和筒體的溫度及輪帶滑移量，要將筒體進(jìn)行冷卻以消滅溫度差、抑制卡緊現(xiàn)象發(fā)生。在運(yùn)轉(zhuǎn)方面可采取改變升溫速度等措施。二是使橢圓率靠近理想范圍即0.4%~0.6%。可采用加強(qiáng)筋或加大筒體板厚以增強(qiáng)窯的剛性并及時(shí)進(jìn)行橢圓率的測(cè)定。

　　2.大窯偏芯帶來(lái)的磚損傷

　　在窯筒體安裝及部分筒體切割更換時(shí)，定芯工作基本上都是在冷窯狀態(tài)下進(jìn)行的，因此，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)中有熱負(fù)荷和荷重發(fā)生后，窯筒體的芯會(huì)發(fā)生偏移，當(dāng)芯的偏移不大時(shí)不存在什么特別問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，輪帶和托輥的磨損、托輥的外偏和內(nèi)偏、筒體的部分切割更換等因素都會(huì)促使芯的偏移越來(lái)越大。

　　①大窯偏芯如何帶來(lái)磚損傷

　　回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)是用幾個(gè)大的輪帶將細(xì)長(zhǎng)的圓筒支撐起來(lái)而成的，各個(gè)支點(diǎn)的回轉(zhuǎn)芯應(yīng)設(shè)置在一條直線上。在定芯準(zhǔn)確的狀態(tài)下，筒體的扭曲為最小，荷重也都適當(dāng)?shù)胤稚⒃诟鱾€(gè)支點(diǎn)上;相反，由于在運(yùn)轉(zhuǎn)中托輥和輪帶會(huì)發(fā)生磨損，如果不及時(shí)修正，大窯肯定會(huì)發(fā)生偏芯現(xiàn)象。當(dāng)大窯偏芯時(shí)，連接各個(gè)支點(diǎn)的回轉(zhuǎn)芯垂直或水平方向無(wú)法在一條直線上，這時(shí)筒體的扭曲和變形較大，加在內(nèi)襯磚上的機(jī)械應(yīng)力就會(huì)增加，因此磚的使用壽命會(huì)大幅度縮短。

　　當(dāng)窯芯不在一條直線而在偏芯的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磚不僅會(huì)受到擠壓而容易造成壓壞或脫落，而且由于各個(gè)支點(diǎn)的荷重條件會(huì)發(fā)生變化，特別是當(dāng)支點(diǎn)的荷重過(guò)大時(shí)，容易造成托輥軸瓦燒損、輪帶及托輥表面異常剝離或裂縫等。另外，大小齒輪也會(huì)產(chǎn)生忽深忽淺的振動(dòng)或缺損。因此，當(dāng)窯芯偏移超過(guò)3mm時(shí)，一定要進(jìn)行定芯修正。

　　②如何定芯

　　大窯的定芯方法有兩種：一種是在冷窯狀況下，在大窯內(nèi)部求出各個(gè)支點(diǎn)和大齒輪的芯、使用光線等，邊調(diào)整托輥邊將芯定在一條直線上的方法;另一種是在熱窯狀態(tài)下從大窯外部求出各個(gè)支點(diǎn)的回轉(zhuǎn)芯，然后邊調(diào)整托輥邊將芯定在一條直線上的方法。在部件已經(jīng)發(fā)生磨損的情況下，在大窯運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中求出回轉(zhuǎn)芯的熱窯方法，對(duì)改善大窯的條件起有效作用，因此，建議水泥廠應(yīng)采用在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行定芯的熱窯定芯方法，相比冷態(tài)的定芯作用更好。

　　③定芯帶來(lái)的改善

　　進(jìn)行熱窯定芯后，當(dāng)窯芯定得準(zhǔn)確的狀態(tài)下，筒體的彎曲和扭曲都降到最小，加在各個(gè)支點(diǎn)上的荷重也都分布得比較合適，實(shí)踐證明耐火磚的損耗速度明顯下降;除此之外，在定芯準(zhǔn)確的狀況下，大窯內(nèi)襯耐火磚、大窯筒體、輪帶下墊板(座板)、輪帶、支撐托輥、托輥軸、托輥軸瓦受到的壓力較小，使用壽命得以延長(zhǎng)。可見(jiàn)在定芯準(zhǔn)確的狀態(tài)下，不僅耐火磚如此，其他所有的部件也由于所受應(yīng)力減小而減少了磨損，從而使窯的使用壽命得以延長(zhǎng)，其結(jié)果可以避免大窯的意外停車，提高機(jī)械性穩(wěn)定程度。也就是說(shuō)，準(zhǔn)確的定芯可以在預(yù)防維修方面也起到有效作用。

　　軸向膨脹擠壓應(yīng)力帶來(lái)的磚損傷

　　1.軸向膨脹擠壓應(yīng)力如何帶來(lái)磚損傷

　　回轉(zhuǎn)窯有3.0°～4.0°的傾角，在回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)到上方時(shí)，易使磚和窯皮出現(xiàn)脫離筒體的傾向，促成磚抽簽、掉磚、窯皮脫落，窯中心線傾角越大、轉(zhuǎn)數(shù)越快，也就越不利于襯磚的安全和窯皮的穩(wěn)定。

　　2.克服擠壓剝落的辦法

　　①密切關(guān)注耐火材料自身膨脹

　　熱膨脹性是耐火材料使用時(shí)應(yīng)考慮的重要性能之一。爐窯在常溫下砌筑，而在高溫下使用時(shí)爐體要膨脹。為抵消熱膨脹造成的應(yīng)力，需預(yù)留膨脹縫。線膨脹率和線膨脹系數(shù)是預(yù)留膨脹縫和砌體總尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，不能忽視。

　　②留好環(huán)縫

　　克服擠壓剝落的辦法是留好環(huán)縫。不論鎂鉻質(zhì)還是尖晶石質(zhì)磚，1400℃時(shí)的膨脹率均可按1.6%估算，長(zhǎng)198mm的磚膨脹量為3.17mm，故環(huán)縫不可小于3.0mm，有的企業(yè)在磚出廠前貼2.6~3.0mm的紙板是正確的。這里說(shuō)的環(huán)縫大小是理論值，作者實(shí)際測(cè)量環(huán)縫的平均值在3.5~4.0mm，而實(shí)際操作中要進(jìn)行精密計(jì)算。在烘窯時(shí)，紙板燒掉，磚尚未膨脹到最大點(diǎn)，因此紙板遏制磚的竄動(dòng)能力有限，為防擠壓應(yīng)力防范措施失效，貼板應(yīng)采用燃燒溫度高的材質(zhì)(如纖維板)，并應(yīng)研究烘窯操作制度，將F0降為最小。

　　許多水泥廠認(rèn)為過(guò)渡帶溫度低，竄動(dòng)擠壓力不大，不要求砌于此區(qū)域的磚加紙板。事實(shí)并非如此，尖晶石質(zhì)材料在1200℃的膨脹率為1.3%~l.2%，凈膨脹量為2.8mm，說(shuō)明貼紙板很有必要，拆窯時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在上、下過(guò)渡帶不貼紙板的窯襯每塊磚都表現(xiàn)出擠壓剝落的特征，剝頭量可達(dá)50%，嚴(yán)重者幾乎全部爆頭或斷裂，因此在損傷分析中要仔細(xì)客觀，不能只簡(jiǎn)單地認(rèn)為磨損、化學(xué)應(yīng)力及熱應(yīng)力重要，更要注意熱膨脹的重要性及砌筑時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算的重要性。

　　生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料使用壽命的影響

　　生產(chǎn)操作對(duì)耐火材料使用周期的影響機(jī)理復(fù)雜，因素較多，下面就大型預(yù)分解窯從兩個(gè)主要方面加以分析。

　　1.煅燒溫度過(guò)高引起的磚損傷

　　大型預(yù)分解窯使用預(yù)熱器和分解爐，以及高效篦式冷卻機(jī)和多風(fēng)道噴煤嘴，入窯生料的分解率達(dá)90%以上，窯頭和窯頭罩又加強(qiáng)了密閉和隔熱，火焰溫度可達(dá)到1700℃以上，甚至接近2000℃。其過(guò)渡帶、燒成帶、冷卻帶、窯頭罩、冷卻機(jī)的喉部和高溫區(qū)，以及噴嘴外側(cè)部位的工作溫度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯相應(yīng)部位的。即使采用優(yōu)質(zhì)材料，大型回轉(zhuǎn)窯的過(guò)渡帶、燒成帶和冷卻帶的窯襯壽命一般在0.5~1年，短的甚至僅3~5個(gè)月。窯口和噴嘴襯料壽命一般只有0.5~1年甚至更短，窯頭罩和冷卻機(jī)喉部窯襯壽命約2年。因此，在窯的試生產(chǎn)階段，這種窯的年運(yùn)轉(zhuǎn)率一般僅為70%~75%，少數(shù)能達(dá)85%~90%。如果預(yù)熱器、分解爐的預(yù)分解程度很不穩(wěn)定，會(huì)使窯內(nèi)各工藝帶位置經(jīng)常變動(dòng)，必將導(dǎo)致窯操作不穩(wěn)定，窯襯損壞更快。因此嚴(yán)格控制并準(zhǔn)確測(cè)量最高煅燒溫度必須引起重視，窯磚損傷40%的可能性是由于沒(méi)有掌握好窯內(nèi)的最高煅燒溫度，或者沒(méi)有進(jìn)行最高溫度的管理，所以最高溫度管理必須進(jìn)入工藝管理過(guò)程，可結(jié)合火焰比色、測(cè)溫儀、熟料晶相分析等方法進(jìn)行測(cè)試。

　　2.窯速較快引起的磚損傷

　　傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速一般只有60~70r·h-1，大型預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速常達(dá)180~220r·h-1，甚至240r·h-1以上，回轉(zhuǎn)窯筒體的線速度達(dá)到1m·s-1以上。在高轉(zhuǎn)速、大直徑和高溫度的新型干法窯上，窯襯所受熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的綜合破壞效應(yīng)比傳統(tǒng)窯要大得多。這就要求新型干法窯的窯襯無(wú)論在冷態(tài)或熱態(tài)下，在窯轉(zhuǎn)動(dòng)中均須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在窯襯設(shè)計(jì)和耐火磚選型中都要保證更高的精準(zhǔn)度，并要求更高的施工質(zhì)量。在生產(chǎn)操作上，也不能一味追求高轉(zhuǎn)速，要做到物料、窯轉(zhuǎn)速和窯內(nèi)煅燒狀況的匹配，才能達(dá)到最佳效果。

　　隨著水泥工業(yè)中應(yīng)用的耐火材料品種不斷增加，在注重節(jié)能降耗的今天，水泥生產(chǎn)企業(yè)的科技人員應(yīng)更多地了解耐火材料，更好地使用耐火材料，采取一系列措施維護(hù)好耐火材料，把耐火材料消耗降到最低水平。