窯口澆注料壽命與窯磚使用周期始終不能同步，極大地限制了窯綜合運(yùn)轉(zhuǎn)率的進(jìn)一步提高，無形中也增加了單位熟料消耗的耐火材料成本及其相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。水泥熟料煅燒工藝過程中，前窯口處于極為特殊的異型部位，又是亞快速的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，承受著高溫、高磨損侵蝕、高冷熱交替頻率等工況的綜合作用，因此是生產(chǎn)中始終重點(diǎn)關(guān)注和維護(hù)的部位。本文主要淺析影響壽命的各種因素并提出有效的改進(jìn)措施。
窯口工況特性
預(yù)分解窯前窯口部位，約有1400℃左右的出窯熟料對(duì)澆注料有強(qiáng)烈的磨蝕性和堿侵蝕，入窯二次風(fēng)溫在900~1200℃之間進(jìn)行無規(guī)律地變化，并攜帶有大量的顆粒型窯灰沖刷。以3.5~4.7r/min的亞快速轉(zhuǎn)動(dòng)。具有較強(qiáng)的機(jī)械剪切應(yīng)力，裸露于高溫下的窯口護(hù)板熱膨脹，對(duì)澆注料產(chǎn)生呢強(qiáng)大的擠壓破壞應(yīng)力，1600~1700℃的窯頭火焰對(duì)其產(chǎn)生較強(qiáng)的熱輻射。窯口筒體橢圓度變形，加大了澆注料脫離窯體的可能性。窯口澆注料生產(chǎn)中還要經(jīng)受頻繁故障開停窯的急冷急熱沖擊。
影響窯口澆注料的壽命的主要因素
窯頭壓力控制的影響
在對(duì)窯頭用風(fēng)及其壓力控制已進(jìn)行了必要的分析，窯頭壓力大小表征了窯爐內(nèi)風(fēng)與入窯頭罩熱風(fēng)量之間的平衡情況。一般增大窯尾高溫風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，窯頭負(fù)壓增大，反之則減小。采用篦冷機(jī)的生產(chǎn)線，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)量相對(duì)固定的情況下，關(guān)小窯頭余風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，或者增加篦冷機(jī)各室冷卻風(fēng)量，都會(huì)導(dǎo)致窯頭形成正壓。
窯頭正壓的危害主要變現(xiàn)在：首先，正壓即辨明窯頭罩內(nèi)風(fēng)量過剩、窯尾高溫風(fēng)機(jī)排風(fēng)量不足或窯系統(tǒng)通風(fēng)欠佳，促使風(fēng)速高、含細(xì)粒熟料的過剩熱煙氣從窯頭各個(gè)縫隙直往外冒出，窯口筒體外表面受高溫?zé)釟鉄g變形，進(jìn)而導(dǎo)熱至內(nèi)側(cè)筒體及其錨固釘受熱脫焊、膨脹，導(dǎo)致澆注料炸裂脫落;其次，由于熱氣流飛出，窯口筒體低壓冷卻風(fēng)機(jī)鼓入的冷風(fēng)難以對(duì)其產(chǎn)生有效的冷卻保護(hù)作用，窯頭密封圈被磨損及燒損;再次，正壓使窯門燒損和窯頭罩內(nèi)襯模刷加劇，需要經(jīng)常維修處理，甚至將窯頭罩燒垮掉;另外，正壓帶來較為惡劣的作業(yè)環(huán)境，窯頭無法看火，燒蝕附近的設(shè)備，污染環(huán)境。
如上所述，窯頭壓力受兩頭排風(fēng)量大小的影響。在特定的生產(chǎn)線，窯爐通風(fēng)量是相對(duì)穩(wěn)定的。出窯高溫熟料也必須得到必要的冷卻。這樣就是說系統(tǒng)設(shè)計(jì)配套時(shí)，窯頭余風(fēng)風(fēng)機(jī)能力不能過小，否則剩余的冷卻風(fēng)量無處可排。該公司二號(hào)、三號(hào)窯都暴露處了此缺陷，窯頭余風(fēng)風(fēng)機(jī)能力偏小。一般設(shè)計(jì)中余風(fēng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量應(yīng)達(dá)到窯尾高溫風(fēng)機(jī)的80%以上，如果余風(fēng)溫度較低，工況下排風(fēng)量較少時(shí)，余風(fēng)風(fēng)機(jī)也可適當(dāng)選小。
窯系統(tǒng)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)率的影響
運(yùn)轉(zhuǎn)率表征了生產(chǎn)是否正常，操作是否精細(xì)與穩(wěn)定，故障開停機(jī)次數(shù)多少等一系列問題。一般情況下，運(yùn)行率超過82%才算基本正常;達(dá)到90%以上算正常生產(chǎn)，說明生產(chǎn)線故障停機(jī)情況較小。預(yù)分解窯生產(chǎn)線耐火材料最怕開停窯，尤其窯口澆注料是開停窯最大受害部位，窯連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率越高，壽命越長。一旦出現(xiàn)預(yù)熱器堵塞等異常故障，窯口內(nèi)襯表面溫度降在10多小時(shí)內(nèi)從1400℃左右降低到100~200℃，故障排除后，又急劇升溫到正常溫度，如此強(qiáng)烈的冷熱交替反復(fù)進(jìn)行，澆注料高溫組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，易炸裂剝落，會(huì)對(duì)使用壽命產(chǎn)生極大的影響。
窯口護(hù)板結(jié)構(gòu)形式的影響
窯口結(jié)構(gòu)一般由筒體、護(hù)板和澆注料組成。設(shè)置窯口護(hù)板的主要目的，就是為了有效地保護(hù)普通鋼制作的窯口筒體段節(jié)，免受高溫?zé)釤煔鉄龘p變形，兩者由2~5顆螺栓連接固定在一起，使之形成整體。護(hù)板則需要靠澆注料來降低工作溫度及磨蝕，保證高溫下保持良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。澆注料為工作層，窯體振動(dòng)、護(hù)板松動(dòng)、筒體燒變形等三方面是澆注料結(jié)構(gòu)破壞的重要因素。窯體振動(dòng)會(huì)使?jié)沧⒘吓c窯筒體和扒頂脫離，扒頂拉力減弱，造成澆注料整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，局部斷裂脫落。護(hù)板振動(dòng)和筒體燒變形往往同時(shí)出現(xiàn)，主要原因是窯口外筒體及其連接固定螺栓被高溫?zé)釟饬髑治g膨脹，向外成喇叭型，導(dǎo)致護(hù)板和筒體間產(chǎn)生間隙而松動(dòng)，護(hù)板上方的澆注料也跟著分塊斷裂。另外，窯口護(hù)板端面與窯頭罩直墻的相對(duì)位置也較為關(guān)鍵，窯口端面應(yīng)縮在直墻澆注料里邊100~200mm，以避免來自篦冷機(jī)的含塵煙氣燒損沖刷。
澆注料材質(zhì)及施工技術(shù)質(zhì)量的影響。
如所述，前窯口工況較為特殊，一般的澆注料難以承受，材料應(yīng)具備足夠的耐溫性能、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨蝕性、熱震穩(wěn)定性和耐堿性。當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)窯口澆注料的廠家較多，魚龍混雜，報(bào)出的噸價(jià)格在2000~7000元之間不等，壽命基本上也跟價(jià)位呈線性關(guān)系。
施工質(zhì)量控制問題較多。錨固釘結(jié)構(gòu)不合理，分叉處采用對(duì)頭焊接，高溫下易燒融;扒釘布局不科學(xué)，盲區(qū)多，特別是護(hù)板和擋磚圈上方澆注料拉不住。澆注時(shí)對(duì)膨脹縫留設(shè)的重要性認(rèn)識(shí)不夠，實(shí)際施工中留設(shè)過少或不留，形成澆注料爆裂。不制模，直接在周向六點(diǎn)位置施工，澆注體密實(shí)度差。攪拌不規(guī)范，干料未充分拌勻就加水，考慮使用便捷，加水量過多。攪拌和制模施工銜接不力，攪拌好的澆注料不能及時(shí)被使用。澆注振打不均勻，久振或重振現(xiàn)象突出。養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，急于點(diǎn)火投入生產(chǎn)。
技術(shù)措施
優(yōu)化設(shè)計(jì)窯口結(jié)構(gòu)
窯口結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。整套護(hù)板數(shù)量24塊保持不變，每塊護(hù)板由原來的單塊規(guī)定改為箱體組合型，即由內(nèi)護(hù)板和外箱體組成，窯筒體處于兩種之間，用沉頭螺栓連為整體，外箱體內(nèi)填充澆注料以保護(hù)固定螺栓和筒體不受高溫?zé)g變形。應(yīng)該說，保護(hù)好了固定螺栓和筒體，也就等于保護(hù)了窯口結(jié)構(gòu)的牢固性，可使?jié)沧⒘厦馐苓^多的機(jī)械外力影響。改進(jìn)后的窯口結(jié)構(gòu)見圖1。
窯口護(hù)板冷卻罩重新設(shè)計(jì)，與護(hù)板外箱體連為一體，鼓入的冷風(fēng)充分冷卻護(hù)板及筒體后再排入大氣中，同時(shí)也防止冷風(fēng)流入窯內(nèi)而增加熱耗，降低二次風(fēng)溫冷卻風(fēng)由周圍向12個(gè)風(fēng)口均勻鼓入，改善整體冷卻效果。
窯口下方直墻澆注料厚度適當(dāng)增厚，保證窯口端面在不影響熟料落入篦冷機(jī)的前提下縮在直墻里面，避免窯口直接受篦冷機(jī)高溫?zé)釤煔鉀_刷及燒蝕。
施工技術(shù)方案完善與改進(jìn)
(1)窯口澆注厚度由200mm提高為260mm，使窯口澆注料厚度超過耐火磚50mm左右，窯口護(hù)板上方澆注料有效厚度從150mm增加到了200mm~220m，增強(qiáng)耐磨性。
(2)錨固釘結(jié)構(gòu)由單角焊接成型改進(jìn)為雙角冷彎成波浪狀，焊接面由“一”變?yōu)椤癠”，徹底解決了焊接造成的質(zhì)量問題;合理控制扒釘布局，交錯(cuò)立體布置，特別是護(hù)板與護(hù)板之間、護(hù)板與筒體之間，以及擋磚圈上方等關(guān)鍵薄弱部位進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)置，提高整體拉力;特定公司高級(jí)焊工焊窯口扒釘，多點(diǎn)焊接牢固，且派專人檢查確認(rèn)。
(3)澆注料施工時(shí)采取多次架模澆注，嚴(yán)格在周向七點(diǎn)至九點(diǎn)位置施工。
(4)專門負(fù)責(zé)攪拌，現(xiàn)用現(xiàn)拌，干混均勻，嚴(yán)格稱量加水，水分控制在最低范圍內(nèi)。
(5)膨脹縫留設(shè)按澆注料線膨脹變化率仔細(xì)核算，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而定，所有扒釘都纏繞黑膠布來補(bǔ)償其膨脹空間。
(6)材質(zhì)由高性能澆注料改為高強(qiáng)莫來石澆注料，提高耐磨性和耐高溫性能。
(7)改變檢修思路，每次檢修時(shí)，窯爐砌筑好前5m后暫停作業(yè)，優(yōu)先施工前窯口澆注料，盡可能地延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。
改進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)，確保窯頭微負(fù)壓
(1)提高窯尾通風(fēng)能力。下斜坡整體沿原斜坡平行方向下落200mm，斜坡耐火材料總厚度由245mm(100mm鈣板+145mm耐火磚)調(diào)整為150mm，取消了100mm后的硅酸鈣板，全部采用高強(qiáng)高鋁質(zhì)耐火澆注料。斜坡及其進(jìn)料舌頭澆注料整體設(shè)計(jì)，為確保拱頂?shù)叫逼麓怪本嚯x盡力可能增大，斜坡分三個(gè)傾斜角度平緩過渡入窯，上段50°維持不變，中段以兩頭保證150mm襯厚為控制基準(zhǔn)，實(shí)際傾斜角度大約42.5°，下段即1000mm左右長的入料舌頭約以33°的傾斜角度入窯，相應(yīng)地把入料舌頭端面總襯厚由300mm減為200mm，以增大傾斜度，取消了入料舌頭端面原有約150mm長的水平過渡段。窯尾拱頂長度被縮短，拱頂與煙室之間的連接設(shè)計(jì)成50°左右的倒角，基本同斜坡平行，減薄耐火襯里厚度，以進(jìn)一步加大拱頂斷面。
(2)余風(fēng)處理系統(tǒng)改進(jìn)。針對(duì)余風(fēng)處理能力偏小的實(shí)際情況，在風(fēng)機(jī)能力不變的情況下作相應(yīng)改進(jìn)：擴(kuò)大余風(fēng)冷卻塔，冷卻風(fēng)管壁比原來增加一倍，減小了風(fēng)速及阻力，降低風(fēng)溫;篦冷機(jī)與冷卻塔之間增設(shè)了一個(gè)大沉降室，收集余風(fēng)攜帶的窯灰顆粒，同時(shí)增加自然散熱量，進(jìn)一步降低余風(fēng)風(fēng)溫及含塵量。改進(jìn)后，余風(fēng)風(fēng)量及含塵濃度大幅度降低，玻纖袋收塵器阻力減小，余風(fēng)風(fēng)機(jī)處理工況風(fēng)量能力得到提高，基本滿足了生產(chǎn)要求。
表1 窯口澆注料使用對(duì)比情況
改進(jìn)效果分析
改進(jìn)前后對(duì)比如表1所示。經(jīng)過全方位優(yōu)化改進(jìn)后，窯口澆注料使用壽命實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，更換周期不但滿足了窯磚檢修的需要，甚至明顯超過了窯磚壽命，避免了檢修時(shí)廢舊澆注料難拆除的被動(dòng)局面，自檢修以來，未再發(fā)生過因窯口澆注料而停窯檢修的情況。
因此認(rèn)為，窯口運(yùn)行狀況是關(guān)整個(gè)生產(chǎn)線的命運(yùn)，在生產(chǎn)中所處的地位非同一般，從選材施工到使用維護(hù)都應(yīng)慎之又慎，每一個(gè)細(xì)節(jié)都必須受控，才能使生產(chǎn)進(jìn)入良性循環(huán)。
