郭醒民：關(guān)于旋窯出口處耐火材料的改造及效益分析

　　江西亞東水泥有限公司首席副總經(jīng)理郭醒民　　

　　9月15日，由中國水泥網(wǎng)主辦，通達(dá)耐火特別協(xié)辦的“2012第二屆中國水泥耐火材料技術(shù)高峰論壇”在杭州圓滿落幕。本次會(huì)議以“合理選用優(yōu)質(zhì)耐材 降低噸熟料材耗”為主題，就如何提高耐火材料使用壽命，提高窯爐運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低噸熟料耐材消耗等內(nèi)容作了深入的探討和交流。會(huì)上，江西亞東水泥有限公司首席副總經(jīng)理郭醒民受邀參加會(huì)議并做了題為《關(guān)于旋窯出口處耐火材料的改造及效益分析》的報(bào)告，內(nèi)容整理如下：

　　一、前沿

　　公司現(xiàn)有的4條4200t/d生產(chǎn)線（實(shí)產(chǎn)4850-5050t/d）在運(yùn)轉(zhuǎn)，均為德國KHD Humboldt Wedag公司設(shè)計(jì)的Pyroclon預(yù)煅預(yù)熱式窯外分解窯型，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Ф4.8*52m。

　　自2000年7月1#窯投產(chǎn)至今，窯內(nèi)耐火磚使用情況良好，整體壽命均在20個(gè)月以上，但窯出口處耐火材料期限則較短，平均約為7個(gè)月，最短使用壽命僅4個(gè)月，且歷年停窯大修原因95%均是因?yàn)楦G出口處耐火材料脫落，致窯殼燒紅而停窯處理。故窯出口處耐火材料已成為制約旋窯運(yùn)轉(zhuǎn)率和公司效益的一個(gè)“瓶頸”，對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新改革是公司面臨的一大課題。

　　2008年8月，在經(jīng)過慎重的考研和充分的前期準(zhǔn)備下，專案小組同仁對(duì)公司1#窯出口系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，改用了西班牙R公司出品的PF-97-H澆注料。改造后使用壽命提高到14個(gè)月（3#窯甚至長達(dá)18個(gè)月），為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少了大量的人力物力投入，更為爾后長期高效運(yùn)轉(zhuǎn)，奠立了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　二、歷史背景

　　事實(shí)上，在改用西班牙R牌 PF-97-H澆注料之前，已經(jīng)歷經(jīng)了兩個(gè)階段，即使用砌耐火磚和磷酸鹽火泥。此二時(shí)期的情況分別敘述如下：

　　1.奧地利奧鎂砌耐火磚時(shí)期

　　2000年至2003年6月，窯出口一直采用砌磚方式，我們依奧地利奧鎂公司設(shè)計(jì)砌磚圖嚴(yán)格施工，在窯出口1.0m處焊裝擋磚圈，后因擋磚圈處亟易掉磚，導(dǎo)致窯殼出紅變形，無法正常砌磚，后將擋磚圈移到1.4m處，但仍然容易掉磚，使用壽命一般在6-8個(gè)月，最短才4個(gè)月（見表1）。窯出口掉磚后，窯殼易燒紅變形，對(duì)后期窯磚使用壽命不利，在2003年6月，將窯出口改用日本S牌 PA808磷酸鹽火泥。

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　　2.日本S牌 PA808磷酸鹽火泥時(shí)期

　　2003年6月開始使用日本S牌 PA808磷酸鹽系列澆注料，惟仍保留擋磚圈。施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，如Y 形抓釘規(guī)格為Ф16*220mm，擋磚圈上Y形抓釘規(guī)格則為Ф16*190mm，材質(zhì)SUS310S，澆注料分五層搗實(shí)，厚度為250mm，軸向長度為1400mm， 沿窯出口圓周方向分12等份施工，每等份分五層，用氣動(dòng)沖擊錘將按比例攪拌好的澆注料逐層搗實(shí)，每等份振搗時(shí)間至少需兩小時(shí)。此一過程中需特別注意養(yǎng)護(hù)和升溫，常溫下養(yǎng)護(hù)12小時(shí)。后期采用先做澆注料再砌磚，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在72小時(shí)以上；升溫過程系采初期小火慢烘，后續(xù)正常加溫，按照預(yù)定的升溫曲線逐步烘烤。到2008年，共使用日本S牌 PA808火泥9次，平均壽命也僅為7個(gè)月（見表2）。

　　3．綜合小結(jié)

　　上述兩時(shí)期雖然都依嚴(yán)格的要求程序施工，但使用效果仍不理想。第二時(shí)期澆注料使用后首先在整個(gè)端面產(chǎn)生磨損脫落，尤其是擋磚圈位置磨損脫落明顯，使用2-3個(gè)月后澆注料呈現(xiàn)弧形，在窯口鼻圈位置澆注料厚，向窯內(nèi)軸向方向變薄，最薄位置在擋磚圈和第一圈位置處，再往窯內(nèi)耐火磚位置磨損變小，厚度高于澆注料。使用4-7個(gè)月后，窯口擋磚圈和第一圈耐火磚出現(xiàn)部分外露，甚至露出窯筒體，2005年即因?yàn)楦G出口澆注料脫落，被迫停窯三次，嚴(yán)重影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，也給公司的永續(xù)經(jīng)營帶來巨大的壓力。（見圖1）

　　三. 窯出口耐火材料損壞的機(jī)理分析

　　1. 擋磚圈熱疲勞后變形損壞

　　擋磚圈上澆注料厚度只有180mm（若是使用耐火磚同樣比窯尾的耐火磚高出很多，極易被剪切和磨蝕），剛性明顯比其它部位差，在機(jī)械變形產(chǎn)生的剪切力作用下更容易產(chǎn)生表面剝落。擋磚圈上耐火物變薄后擋磚圈溫度升高，產(chǎn)生膨脹變形加速其損壞，最后擋磚圈部分焊縫由于承受溫度變化次數(shù)多，產(chǎn)生熱疲勞而脫焊，一旦脫焊部位翹起，就會(huì)對(duì)耐火材料造成毀滅性的破壞。

　　2. 機(jī)械應(yīng)力及窯皮結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定

　　旋窯在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中窯殼會(huì)發(fā)生機(jī)械變形成為橢圓，窯口也會(huì)受承周期性的受壓和松壓作用的剪切力，當(dāng)橢圓度越大，窯口耐火物受到的徑向剪切力也越大，損壞越快；而窯出口窯皮頻繁的結(jié)掉，就造成了澆注料表面隨窯皮一起剝落。

　　3. 窯出口強(qiáng)烈的熱疲勞

　　窯在旋轉(zhuǎn)過程中，窯口耐火材料有時(shí)被熟料覆蓋，有時(shí)暴露在火焰高溫下，耐火材料表面溫度隨窯的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性的變化，溫度差在200℃以上。這種反復(fù)的溫度升降導(dǎo)致澆注料熱疲勞也是造成耐火材料脫落的重要原因。

　　4. 超高溫下堿、氯、硫等化學(xué)元素的侵蝕

　　熟料中含有堿、氯、硫等化學(xué)物質(zhì)，在1100℃左右溫度下磨擦滲透進(jìn)入耐火材料中，影響深度可達(dá)50-100mm，這也是造成耐火材料脫落的原因之一。[Page]

　　四. 西班牙R牌PF-97-H=專用澆注料特性

　　為徹底改善窯出口澆注料的使用壽命、提高公司的綜合效益，專案小組積極聯(lián)絡(luò)國內(nèi)外多家知名耐火材料制造商，深入進(jìn)行細(xì)致的交流探討，同時(shí)大量參照國內(nèi)外廠家使用的前例，加上對(duì)外廠的實(shí)地考察，經(jīng)過認(rèn)真分析，最終選擇試用西班牙R公司的窯口專用PF-97-H澆注料，它是一種抗磨損強(qiáng)水泥型窯口專用澆注料，可以用在水泥窯系統(tǒng)條件非?？量痰牟课唬哂腥缦绿匦裕?

　 （1）.很高的機(jī)械強(qiáng)度；

　 （2）.超強(qiáng)的抗磨損性能；

　 （3）.很好的耐堿氯硫等化學(xué)元素的侵蝕性能；

　 （4）.很高的使用溫度；

　 （5）.良好的抗結(jié)皮性能；

　 （6）.良好的抗熱震性能；

　 （7）.施工速度快。

　　因?yàn)镽牌PF-97-H澆注料有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，加上其獨(dú)有設(shè)計(jì)與施工方案，使該澆注料在國內(nèi)外部分新型干法水泥生產(chǎn)線上使用效果良好，壽命平均可達(dá)10-24個(gè)月不等。

　　五．西班牙R牌PF-97-H之特殊設(shè)計(jì)

　　1.改變窯口擋磚圈位置

　　以往耐火材料設(shè)計(jì)商都要求在窯出口設(shè)置擋磚圈，用于擋住窯內(nèi)窯磚的剪切力和擠壓力。西班牙R公司在設(shè)計(jì)上非常獨(dú)特，它取消擋磚圈或改小尺寸并將其預(yù)埋在澆注料中間，而來自窯磚的軸向推力則完全依靠澆注料自身的強(qiáng)度及抓釘就能克服。（據(jù)R公司提供數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過正常養(yǎng)護(hù)后的澆注料，其高溫強(qiáng)度可達(dá)120MPA以上）。擋磚圈位置調(diào)整后，第一圈磚就不會(huì)因?yàn)閬碜澡F質(zhì)擋磚圈的力量而被破壞。

　　2. V形抓釘和圓孔座搭配使用

　　圓孔座焊好后將V形抓釘套在圓孔座上，抓釘與圓孔座之間僅點(diǎn)焊，確保抓釘和澆注料受熱時(shí)可自由膨脹，不被自身破壞，且抓釘頂部的熱量不易傳到根部焊點(diǎn)處。同時(shí)根據(jù)同種材質(zhì)焊接強(qiáng)度最高的原則，在窯出口鼻圈處使用不銹鋼圓孔座，用不銹鋼焊條焊接。在窯殼部分使用普通材質(zhì)圓孔底座，用普通高強(qiáng)焊條焊接。抓釘則全部采用不銹鋼材質(zhì)。（如圖2）

　　3.沿圓周方向分成24格，每格一次性澆注完成

　　由于該澆注料水化硬化速度快，故可連續(xù)施工，節(jié)省施工時(shí)間，且可直接使用自來水?dāng)嚢琛o毒害，施工方便快捷；每格施工采一次性整體成型，對(duì)其強(qiáng)度大有益處（原日本S牌 PA808火泥為分層施工）。

　　4.嚴(yán)格打透氣孔和預(yù)留膨脹縫

　　澆注料在預(yù)熱升溫過程中，極易因水汽大量蒸發(fā)時(shí)排放不及，而導(dǎo)致澆注料爆裂脫落，故施工中采用打透氣孔和預(yù)留膨脹縫方法解決水汽蒸發(fā)排放等問題（如圖3）

　　如示意圖（圖4）所示，2008年8月，江西亞東水泥公司#1窯改用西班牙R牌 PF-97-H澆注料。施工時(shí)，將窯出口沿圓周方向分成24塊，每塊分成2格，將按照配比攪拌好的澆注料倒入方格內(nèi)，使用強(qiáng)制式震動(dòng)棒震實(shí)，施工時(shí)間約12小時(shí)，比原用的澆注料節(jié)約18個(gè)小時(shí)。關(guān)鍵是澆注料攪拌加水量控制和及時(shí)震實(shí)，由于澆注料20分鐘后凝固，故超過20分鐘未震實(shí)澆注料即無法使用。澆注完成，利用約26個(gè)取暖器對(duì)澆注料表面進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)48小時(shí)（見圖5）[Page]

　　使?jié)沧⒘媳砻鏈囟冗_(dá)到150℃以上。而在開窯點(diǎn)火時(shí)，則使用較小的21#燃油噴嘴，盡量減少點(diǎn)火初期用油量，開始10小時(shí)內(nèi)，溫升控制在20-30℃（見圖6）。點(diǎn)火烘烤初期 ，要將未得到加熱器烘干的第一、二塊火泥轉(zhuǎn)至最下方，因?yàn)榇颂幍臏囟容^中部和頂部的溫度上升的慢，如此可減緩溫度急劇變化對(duì)火泥的損害。

　　七. 西班牙R牌窯出口澆注料的使用效果

　　2008年8月#1窯依上述工序及要求使用R牌 PF-97-H 后，一直用到2009年10月，壽命長達(dá)14個(gè)月（見圖7），同時(shí)江西亞東#3窯也于2008年9月采用同樣方法施作，使用18了個(gè)月（見圖8）。目前亞泥中國的四川亞東、湖北亞東、黃岡亞東先后仿照本公司引進(jìn)該耐火澆注料與施工方式，使用情況廣獲好評(píng)。

　　八. 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　以往每套窯每兩年至少停窯大修三次（即1.5次/年），現(xiàn)可減少到1次/年，亦即每年每套窯減少停窯檢修時(shí)間至少6天。以一套窯為例，內(nèi)部綜合效益分析如下：

　　1、直接經(jīng)濟(jì)效益：

　　若按目前亞泥中控10套窯計(jì)算，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益RMB 1900萬元，同時(shí)亦會(huì)帶來下述間接經(jīng)濟(jì)效益。

　　2. 間接經(jīng)濟(jì)效益

　　（1）.早期開始采用，可以減低了窯口砌磚的難度，使砌磚更加嚴(yán)實(shí)且不易脫落

　　由于#1號(hào)窯在使用8年后才采用此種施工法，窯口同一圈已有3處嚴(yán)重變形，砌磚難度非常大，且不易砌得完全密實(shí)，無形中埋下爾后掉磚的隱患，新法自新窯啟用即開始采用，完全可以避免此種隱患。

　?。?）.窯殼的保護(hù)較好，可延長使用年限

　　由于降低了窯殼燒紅變形的頻率，也就延長了窯殼的使用壽命，減少了提前更換窯殼帶來的一系列費(fèi)用。

　?。?）.減少檢修配套設(shè)施及人力的費(fèi)用

　　降低檢修頻率也就相應(yīng)減少了投入的車輛、工具等的維護(hù)成本以及人力成本，同時(shí)降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)人力的有效運(yùn)用發(fā)揮很大的功效。

　　九. 總結(jié)

　　水泥業(yè)雖為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但隨著國內(nèi)外生產(chǎn)設(shè)備的大型化、水泥產(chǎn)量的規(guī)模化，各項(xiàng)技術(shù)也發(fā)生日新月異的變化，競爭更是日趨激烈；如果不時(shí)刻警鐘長鳴，就可能被時(shí)代進(jìn)步的浪潮淘汰。本公司長期以來一直致力于生產(chǎn)技術(shù)的革新、成本的降低，今后的路還很長，還需要不斷借鑒吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，才能持續(xù)向前，永保領(lǐng)先。