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浅谈影响窑皮的因素及解决措施2007-1-5 作者:作者：孙伟卿单位：德州大坝集团旋窑厂长期以来，一些水泥厂只注重熟料的产量和质量，而对窑皮的保护和它的均匀性不太重视，并认为窑内掉点窑皮是正常的事，只要不对熟料质量产生较大影响就无关紧要。
而事实上恰恰相反，窑皮是回转窑的重要组成部分，适宜的窑皮，不但能够提高窑内的传热效率，稳定窑内的热工制度，保证熟料的煅烧，稳定熟料的产量和质量，并且能延长窑衬的使用寿命，提高窑的安全运转周期。
本文结合我厂2500T/d熟料生产线(φ4．0 m×60m回转窑、双系列五级旋风预热器、T DF型分解炉)在生产过程中所遇到的问题谈一点对窑皮的认识和体会。
1窑皮的作用众所周知，窑皮是由熟料或粉尘通过液相粘挂在窑衬上形成的具有一定厚度的物料层。
它的作用主要有以下几方面：(1)保护烧成带耐火砖，使耐火砖不直接受机械、高温和化学侵蚀；(2)储存热能，减少窑筒体向周围的热损失，提高窑的热效率；(3)作为传热介质，当窑皮在上部与高温气体接触时，通过辐射或对流的方式吸收热量；当窑皮在下部与物料接触时，以传导的方式传热给物料；(4)由于窑皮的表面比较粗糙，它产生的阻力可以降低粉料的流动速度，延长物料在窑内的反应时间，使物料的物理化学反应充分进行，有利于熟料中各矿物的形成。
2影响窑皮形成的因素窑皮的形成主要受物料的特性、窑衬的种类、窑内温度和窑内火焰形状等因素的影响。
2．1物料的特性从熟料的三率值讲，KH值高，C3S的含量就增多，C2S的含量相对减少，物料不易煅烧，形成的液相量就少，不易挂窑皮，反之则易挂窑皮；SM值大，煅烧温度就高，形成液相量较少，窑内不易结粒，不易挂窑皮，反之SM值太小时，液相量较多，烧成带窑皮易挂易于脱落，就不能保持相对稳定；IM值大时，熟料液相的粘度增大，物料难烧，但挂上的窑皮相对牢固，不易脱落。
2．2窑衬的种类不同的耐火砖其性能各不相同，挂窑皮的性能也有很大的差异。
如何准确衡量试验砖挂上窑皮，如何测量窑皮的稳定附着，这是最为关键的实验，单单地借助一个实验并不能全面地衡量挂窑皮效果，这个实验的准确与否直接说明实验砖的使用效果。
由于没有国家标准，不同的厂家采用了各自的方法，其本身尚存在不足，不能很好的说明问题。
众所周知，想保证回转窑的正常运转并提高其运转率，除了正确合理地选择和设计窑衬外，特别地要提高回转窑烧成带及过渡带的寿命，在烧成带及其两侧的过渡带的砖衬上能否始终保持一层稳定窑皮，是水泥窑长寿的重要保证。
窑皮的作用：①保护烧成带耐火砖，使耐火砖不直接受高温和化学侵蚀；②储存热能，减少筒体向周围的热损失，提高窑的效率；③可以作为传热介质，当窑皮在上部与高温的气体接触时，通过辐射或者对流的方式吸收热量，当窑皮在下部与物料接触时以传导的方式传热给物料。
④由于窑皮表面粗糙，它产生的阻力可以降低粉料流动速度，延长物料在窑内的反应时间，使物料的物理化学反应充分进行，有利于熟料中各矿物的形成。
所谓的窑皮是指水泥生料在烧成带和过渡带的耐火砖表面上，通过黏附和化合而形成一层具有一定强度的物料层。
在窑内烧成带，熟料的烧结温度一般为1300～1450℃，而火焰温度高达1800～2000℃，向四周发出大量的辐射能。
物料温度快速上升，并出现较多的液相；由于温度的升高，液相的粘度也相应下降，物料大量团聚。
此时的团聚现象不仅局限与粉状物料之间及颗粒物料和粉状物料之间，直径大小不一的颗粒间发生聚并的概率也大大增长。
由于回转窑耐火材料壁面在裸露时会出现少量的液相（俗称出汗），抓紧时间，及时提供到位一些液相较少，熔点较高的生料，物料与耐火材料之间就可以依靠液相形成较为牢固的窑皮，生料中的某些元素，还会沿耐火砖的微观缝隙渗透到一定深层，使耐火砖在这一层初始窑皮的基础上，如同滚雪球一样，逐渐一层层的形成较厚的、较为稳定的窑皮。
这层物料对于保护耐火砖是有积极意义的。
它可以有效抗磨，有效隔热，有效阻滞热侵蚀和化学侵蚀。
对水泥窑耐火材料的使用分析【摘要】20世纪80年代以来，大量固体废弃物被用作原料、燃料，致使耐火材料所承受的热应力、机械应力和化学侵蚀大幅度增加，使用周期缩短，耐火材料消耗增加。
新的设计技术和施工技术，延长使用周期和降低耐火材料的消耗，取得明显的效果。
本文根据我院耐火材料在水泥窑中使用一些情况，探讨不同品种的耐火材料在水泥窑中使用原则。
【关键词】水泥窑；耐火材料；设计技术；特点1 碱性耐火材料1.1 镁铬砖。
具有良好的高温性能，良好的抗sio2侵蚀和抗氧化还原作用，及优良的高温强度，较好的挂窑皮能力，被大量使用在水泥窑烧成带。
但在气体内铬化物含量超过10mg/m3，水溶液含铬量超过0.5mg/m3时，将对人体产生极为严重的危害，如果排放会造成水体污染。
镁洛砖的使用全部是在氧化环境下使用部分游离的cr2o3会被氧化成cro3，同时镁洛砖在碱性环境下容易生成cr+6化合物以上排放物对环境造成非常大的破坏。
现在国家对于镁铬砖的使用制定了一些限制要求，现阶段设计过程中不推荐优先采用镁洛砖。
1.2 尖晶石砖。
镁铝尖晶石砖的化学组成对性能具有重要影响。
尖晶石较适宜的化学成分8%~20%、cao0.5%~1.0%、fe2o30.2%~8%、sio21%、fe2o3>0.8%时，cao-al2o3-fe2o3系统的低熔点液相量进一步增加，尖晶石晶体尺寸达20mm以上，此时由于cao-al2o3-fe2o3系统低熔物量增加使热态强度下降。
sio2含量大于0.4%，b2o3及碱等杂质含量大于0.3%时，生成较多的低熔物，也使砖的热态强度下降。
al2o3含量在8%~20%范围内，从显微结构上可以观察到尖晶石矿物均匀的分布在方镁石中，尖晶石矿物晶体的尺寸约为5~20mm，砖的综合性能较好。
20世纪90年代出现的尖晶石砖，不但具有较强的挂窑皮能力，而且在抗碱、硫熔融物和熟料液相侵蚀的能力，荷重软化温度，热震稳定性和窑体变形产生的机械应力及在抗热负荷等方面，都由于镁洛砖，另外其主要成分是镁、铁、铝等无毒无害成为废旧材料的处理较为容易，可以回收对环境的污染相对较小，成为当今世界碱性砖技术发展的主流。
浅谈窑皮的保护措施在干法水泥回转窑中，耐火材料的使用周期直接影响到回转窑系统的安全运转周期，尤其是窑内耐火砖的使用周期。
现在大多数水泥厂都是以窑系统内窑砖的使用周期作为一个大修周期，而窑砖最容易损坏的部位则经常发生在烧成带和过渡带部位，尤其是一档轮带和二档轮带附近。
按说这些部位有窑皮的保护，应该更牢固才对，但是现在很多新上岗的窑操作工由于缺乏经验，操作中不能很好地保护好窑皮，造成这些部位红窑事故频繁。
窑皮就是粘附在回转窑烧成带窑砖内表面的一层烧结的熟料层。
熟料进入烧成带后形成液相，分层粘挂在窑砖的内表面，形成窑皮。
窑皮的作用首先保护烧成带的窑砖，使窑砖不直接与火焰和高温物料接触，减少了高温、化学侵浊和磨损对耐火砖的损害，延长耐火砖的使用寿命。
其次，窑皮起到隔热层的作用，可以减少筒体表面的散热损失，提高窑系统的热效率。
可见保护好窑皮对延长耐火砖的使用寿命至关重要，但是，在回转窑操作中怎样才能有效的保护好窑皮呢？（1）首先，挂好窑皮是关键。
在大修换砖后投料初期，一定要高度重视挂窑皮的操作，应尽可能地让经验丰富的窑操作工来做，这样才能准确地掌控好窑内温度及熟料结粒大小，调整恰当的生料成分，确定合理的喂料速度和回转窑转速，正确调整喷煤管的火焰形状及位置，从而使窑皮挂地长短适宜、厚度适中，且坚固、平整、均匀。
无瘤痂现象。
（2）保护好窑皮的前提是要保证热工制度的稳定，因为窑内每次较大的温度波动都会对窑皮造成不同程度的伤害，因此掌握好窑内的温度，正确判断温度的高低，避免窑内温度烧的过高或过低，加强操作的预见性，防止烧流或跑生料现象的发生是至关重要的；根据经验找出正确的回转窑操作参数，总结风煤料的最佳匹配值，使风、煤、料和窑速达到合理匹配，确保回转窑的热工制度的稳定，从而提高窑的快转率和系统的运转率，达到熟料产量高、质量好及煤耗少的目的。
（3）操作过程中要细心观察、正确判断，防止结圈或结蛋现象的发生，如果发现窑皮长而厚或有轻度圈根时，要及时调整处理，谨防长大成圈。
一.窑砖的条件与作用水泥厂以窑为中心进行运转，其它的一些附属设备有故障都要勉强撑下去，只有等到窑出现问题才会进行集中修理。
而窑系统的好与坏与窑砖的寿命有着直接的关系，窑砖的寿命又与砌窑砖的质量有直接的关系。
由此可见砌砖质量的对整个厂的运作都有影响。
一般窑壳承受400度左右，窑砖承受1600度左右，如果窑出现掉砖，则会使窑壳温度过高超过其范围，在晚上观查时会有暗红色。
如果不及时处理，窑壳会发生变形，在以后的补砌窑砖时，会因窑壳变形而很难使窑砖密实，容易发生掉落。
换砖时主要看耐火砖的厚度与其使用时间，再加上一些砖表面的情况去判断。
窑砖是填充在窑筒体内部的一层耐火材料，窑砖的主要作用有:1. 减少高温气体与物料对筒体化学侵蚀与机械磨损，保护窑壳。
2. 充当传热介质窑砖可从气体中吸收一部份热量，以不同的传导及辐射方式传给物料。
3. 窑砖也可以隔热保温，减少窑体热损失等。
根据耐火材料在窑内使用的部位不同，回转窑对窑砖的主要要求有:1. 耐高温性强窑内不管烧成状况的好坏，窑内温度都在1000多度以上，这就要求耐火砖在高温下不能溶化，在溶点之下还要保持有一定的强度。
同时还要有长时间暴露在高温下仍有固定的容积等特性。
2. 热振稳定性好，即抵抗窑温剧烈变化而不被破坏的能力好。
在停窑、开窑以及旋窑运转状况不稳定的情况下，窑内的温度变化都比较大，这就要求窑砖在瘟度剧烈变化的情况下，不能有龟裂或者是剥落的情况。
这也要求在操作时尽量使窑温稳定一些。
3. 抗化学侵蚀性强在旋窑内烧成时，所形成的灰份、溶渣、蒸气均会对窑砖产生很大的侵蚀4. 耐磨性及机械强度好窑内饲料的滑动及气流中粉尘的磨擦，均会对窑砖造成很大的磨损。
尤其是开窑的初期，窑内还没有窑皮保护时更是如此。
窑砖还要承受高温时的膨胀应力及窑壳椭圆变形所造成的应力。
要求窑砖要有一定的机械强度。
5. 窑砖具有良好的挂窑皮性能窑皮挂在窑砖上，对窑砖有很大的保护作用，如果窑砖具有良好的挂窑皮性能并且窑皮也能够维持较长的时间，可以使窑砖不受侵蚀与磨损。
水泥窑用碱性耐火材料的要求及使用--------------------------------------------------------------------------------作者：网摘20世纪70年代中期，我国水泥窑用耐火材料主要是铝硅质耐火材料，如高铝砖、黏土砖及水泥砖等。
镁铬砖仅在少数水泥窑上使用，而且这种镁铬砖是适用于冶金平炉上，其性能和规格尺寸对水泥窑均不适宜。
20世纪70年代后期，我国出现了新型干法水泥窑，对窑衬材料提出了更高的要求。
为了适应水泥工业的变化与发展，经过数十年的科研、设计及开发应用，使我国水泥窑用耐火材料水平有了显著的变化和提高。
在品种和性能上均达到了国际先进水平，但不足之处是耐火砖外观尺寸及质量稳定性还有一定的差距。
当前，水泥行业主要的耐火材料是碱性耐火材料、不定形耐火材料和隔热耐火材料。
因篇幅有限，本文仅就碱性耐火材料的要求及使用情况加以阐述。
1.新型干法水泥窑用耐火材料大型SP窑和PC窑的窑筒内，直接结合镁铬砖用于烧成带，尖晶石砖或易挂窑皮且热震稳定性能较好的镁铬砖用于过渡带，高铝砖用于分解带，隔热型耐碱黏土砖或普通型黏土砖用于窑筒后部，耐火浇注料或适用的耐火砖用于前后窑口；在预热系统内，普通型耐碱黏土砖及耐碱浇注料用于拱顶，高强型耐碱黏土砖用于3次风管，并配用大量的耐火浇注料、系列隔热砖和系列硅酸钙板。
在窑门罩和冷却机系统内，除选用上述材料外，还配用碳化硅砖和碳化硅复合砖，系列隔热砖、系列耐火浇注料、系列硅酸钙板和耐火纤维材料等七大类30余种耐火材料。
在日产2000吨水泥窑上，耐火砖建设用量达1600吨以上，正常生产时年消耗用量达400吨以上。
2.预分解窑对耐火材料的要求统水泥回转窑的转速慢，预分解窑的转速是传统水泥窑的3～4倍，高温高转速和大直径，使预分传解窑窑体、窑衬所承受的热应力要比传统水泥窑大很多。
经预热器、增湿塔、电收尘的多次搜集，预分解窑中的K2O、SO2、KCl等组分挥发后难于溢出窑系统以外。
大型水泥回转窑窑衬用高活性相结合复合砖
发布时间:09/12/18 来源:本站阅读125次
摘要:根据多年来大型水泥回转窑窑衬材料的使用情况以及各种材料的性能分析，研制适合大型水泥回转过渡带、分解带的新型窑衬材料高活性相结合复合砖。
一、高活性相结合复合砖的研制背景
在新型干法水泥回转窑窑衬中，过渡带是窑内最易损毁的部位。
由于窑内热工制度波动频繁，该处衬体的热端面始终处于浮窑皮和无窑皮状态，一方面受到窑皮及水泥料的侵蚀、磨损，另一方面承受频繁的热冲击，工作条件非常恶劣。
目前，新型干法水泥回转窑过渡带用材料通常为镁铝尖晶石砖、白云石砖、镁铝铬砖及抗剥落高铝砖等，其中日产2500吨以上的水泥回转窑过渡带大多采用镁铝尖晶石砖。
镁铝尖晶石砖是以镁砂和尖晶石为原料，经高温烧成制得，其理化指标归纳如下：
MgO 75 - 90%
Al2O3 5 - 18%
常温耐压强度（MPa）30 - 70
热膨胀率（1000℃）0.9 - 1.2%
导热系数w/(m.k)（1000℃） 2.8 - 3.7
热震稳定性（1100℃-水冷）3-10次
镁铝尖晶石砖在使用中表现出的损毁方式主要有以下几种：
1、受水泥材料的化学侵蚀；
2、因高温热膨胀率较大,导致衬体材料应力集中,出现镁铝尖晶石砖的热端剥落或棱角断裂；
3、自身强度不高，磨损速率过快；
4、尽管含有一定的镁铝尖晶石相，材料热震性得到改善，但由于是以MgO为主，热震稳定性仍存在
不足；在受到频繁温度波动条件下，材料强度下降，加剧了磨损速率。
另外，由于镁铝尖晶石砖的导热系数较大，回转窑筒体表面温度较高，热量散失大、易损坏窑体，同时也影响现场操作。
根据镁铝尖晶石砖的损毁机理及过渡带工作条件，作为过渡带材料应具有如下优点：
1、抗水泥物料的化学侵蚀性好；
2、高温热膨胀率低，保证砌体材料使用中应力小，避免应力损伤；
3、热震稳定性好；
4、强度高，耐磨性好；
5、导热系数相对要低。
从过渡带材料应具有的优点出发，考虑到主要的损毁方式，研制一种新型的过渡带材料—高活性相结合复合砖。
二、高活性相结合复合砖研制的理论基础及指导思想
由过渡带用镁铝尖晶石砖的损毁机理可知，其主要的损毁为应力损伤、热震剥落和化学侵蚀，其中应力损伤和热震剥落常导致材料使用中出现层状脱落，使衬体材料厚度不能得到有效的利用，是较快的损毁方式；而这两种损毁机制是由材料本身的固有性质决定的。
在以MgO为主体组份的材料中，这种损毁是很难避免的。
MgO的热膨胀系数为15-16×10-6（200-1000℃），在氧化物系耐火原料中可以说是非常高的，所以，镁质材料在频繁的温度波动条件下，内部产生较大的结构应力，制品强度下降或发生应力损伤。
为从根本上减弱这种应力，可选用线膨胀系数（α）较低的原料。
考虑到新型干法水泥回转窑过渡带的使用条件，可以选用以Al2O3为主的原料，其中优特矾土熟料在性价比方面比较适合。
以MgO为主的镁铝尖晶石砖抗水泥料的侵蚀性较好，相比之下，以Al2O3为主的材料的抗侵蚀性则较弱，为此，在以优特矾土为主的材料组份中引入第二种材料A。
A为惰性材料，不与水泥熟料等发生化学反应，不会被侵蚀，如此，在一定程度上弥补了高铝材料抗侵蚀性差的缺点，使其抗侵蚀性得到一定的保障；同时，A组份的线膨胀系数α较低，小于5.0×10-6（200-1000℃）,这样就可以保证复合材料在温度波动条件下的体积稳定性，使材料具有较高的抗热冲击性能，同时也可以降低砌体应力，保持砌体的完整性；从而解决了过渡带用材料的热震损毁和应力损伤的问题。
由于A组份为惰性材料，与矾土熟料的反应活性很低，所以，单独将组份A与矾土熟料混合做成的制
品是不会有强度的，也是无法使用的，为将二者有机地复合到一起，可采取两种方式：其一、加入粘土类低耐火相材料，依靠粘土的烧结将二者固定到一起；但这是依靠低熔点液相的作用，而低熔点玻璃相的存在对材料的高温抗侵蚀性及抗磨损性都是非常不利的。
其二、引入第三种材料HAP
材料HAP引入到矾土与惰性材料A的混合体中，经中温处理后转变为很有价值的高活性组份，而此高活性相组份仅存在于1200℃以下，作为一种过渡的中间相；持续的升温处理，则转化为该复合材料的高强度结合相，从而将矾土熟料与惰性组份A牢固地结合到一起。
在高强度结合相形成的过程中没有液相的促进烧结作用，完全是固固反应机制，所以材料的强度较高，而且远高于镁铝尖晶石砖及镁铬砖；这对要求具有很好耐磨损性能的过渡带来说是非常有利的。
由于矾土熟料中含有近2.0%的铁，在烧成条件下，铁将与Al2O3、SiO2等构成液相存在，促进烧结，这一过程在以液相烧结机制为主的高温处理过程中是可以的，但在高活性相结合复合砖的高温烧成中却是不希望的。
引入HAP组份的高活性相结合复合砖的烧成过程中，应控制砖内氧分压Po2/P o<10-17MPa，如此，则矾土熟料中的杂质铁等便起不到液相形成的促进作用，也避免了形成的高强度结合相向液相中的溶解及二次再结晶，从而使材料保持较高的断裂韧性、高温强度及热震稳定性；同时，组份A也能够稳定存在，制品能够保持较好的抗水泥熟料的侵蚀性，所以，该复合砖完全可以取代镁铝尖晶石砖，其性能也优于镁铝尖晶石砖，在过渡带、冷却带上应用是可行的，也是很有希望的。
镁铬砖和镁铝尖晶石砖同属于富镁材料，共同的不足就是热膨胀率大、耐热冲击性不好；烧成带镁铬砖主要就是由于这两种因素的作用导致使用中出现的剥落损毁。
过渡带与烧成带的工作条件有些近似，所以从理论上讲，该活性相结合复合砖在烧成带上的应用也是可以的，而且部分性能还将优于烧成镁铬砖。
如果现场操作适当，寿命将高于镁铬砖。
三、高活性相结合复合砖的生产工艺
3.1原料控制与颗粒级配
为了保证制品的质量，原料进厂后首先在本厂实验室进行成份及相关性能测试，各种用料的主要指标必须符合表1的要求。
表1 原料的主要指标
原料的颗粒级配是影响制品性能的主要因素之一。
考虑到制品的综合性能，经过实验筛选，高活性相结合复合砖的临界颗粒尺寸以5~10mm为宜，粉料粒度以0.088~0.044mm为好。
高活性相结合复合砖采用机压成型。
混练出的泥料质量对制品的性能影响很大，所以混练工序是很重要的工艺环节。
具体操作为：
首先将颗粒料加入混练机中混练１－２分钟，然后加入临时结合剂混练１-２分钟，再加入粉料混练４-６分钟，泥料混练均匀后出料，此谓“初次混练”。
为得到高质量坯体，需将“初次混练”的泥料进行“均化”处理后方能用于成型。
所谓“均化”即是将经过“初次混练”过的泥料进行12-24小时的捆料后再进行二次混练工艺。
3.3成型
成型设备采用300-600t压力机。
成型冲压先轻后重，短程多打。
根据坯体的体积和与成型方向的尺寸来确定冲压的次数：一般情况下厚度<65mm冲压5-6次；厚度为65-68mm冲压6-10次；厚度>85mm冲压8-12次。
要求坯体密实无磨面,无缺角少棱，坯体密度要求大于2.9-3.1g/cm3。
3.4干燥与烧成
为了保证高活性相结合复合砖的成品质量，对坯体必须进行低温烘干，烘干洞进口温度在30-55℃，高温段80-110℃，出口温度65-75℃。
坯体在烘干洞里维持16-20小时。
坯体残余水份要小于1%，然后装入窑中进行烧成。
由点燃到熄火的全过程用测温锥和热电偶控示。
烧成温度为1390-1450℃，保温8-12小时。
四、高活性相结合复合砖主要特点
高活性相结合复合砖与镁铝尖晶石砖的性能比较见表3。
表3 高活性相结合复合砖与镁铝尖晶石砖的性能比较
从表中看出，除抗化学侵蚀性与镁铝尖晶石砖相当外，其余指标均优于镁铝尖晶石砖，由此得到高活性相结合砖的主要特点为：
(1) 抗水泥料的化学侵蚀性较好；
(2) 高温热膨胀率低，保证砌体材料使用中应力小，避免应力损坏；
(3) 热震稳定性好；
(4) 强度高，耐磨性好；
(5) 导热系数低。
五、结论
高活性相结合复合砖烧成过程中没有液相的产生，完全依靠HAP组份中温阶段产生的固态高活性达到活性烧结，继而形成高强度结合相，避免了结合相向液相中溶解及二次再结晶，使材料保持了较高的断裂韧性、强度及热震稳定性；惰性组份A的引入，使得制品保持了较好的抗化学侵蚀性；另外，该砖的最大优点即是导热系数比镁铝尖晶石砖小得多，降低了回转窑筒体表面温度，减少了热量散失，节省了能源。
所以说，高活性相结合复合砖的性能优于镁铝尖晶石砖和直接结合镁铬砖，在水泥回转窑的过渡带和冷却带完全可以替代镁铝尖晶石砖及镁铬砖；如果现场操作适当，可在烧成带取代镁铬砖，而且还将具有比镁铬砖更好的抗剥落性能。
