C系列耐火砖的性能及应用探讨.docx

本文介绍了水泥熟料生产方式及耐火砖的使用情况，针对以前窑内使用的VDZB型标准系列砖和ISO3砖进行了分析，介绍了C系列耐火砖的性能及应用情况。实践表明，C系列耐火砖更适应目前国内大直径窑，既可避免砌筑施工中的问题，又可以提高窑衬牢固性，减少掉砖红窑事故，满足我国水泥工业窑径大型化及煨烧工业废物的需求。水泥回转窑煨烧熟料时，窑内必须配置耐火砖，砖的形状尺寸标准涉及砖的制造、设计、选型计算、砌筑质量和进度、生产运行工况、耐火砖使用周期、砖耗、窑运转率和产量、熟料及水泥产品质量、仓储数量和生产成本，耐火砖形状尺寸标准是所有回转窑耐火砖标准中涉及面最广、最基础、最为关键的标准。多年来，国内技术人员重视耐火砖的抗热、热化学、热机械性能，也就是砖的化学组成、颗粒级配、体积密度、显气孔率、耐压强度、线性热膨胀、热震稳定性、热导率等物理、化学性能，而对耐火砖的形状尺寸精度，总认为将国外回转窑上使用的耐火砖外形尺寸标准转化为国标和行标就可以了，忽略了水泥窑运行过程中，耐火砖损坏不仅与砖的性能有关，也与砖的外形尺寸和精度以及砌筑等因素有关。在水泥生产过程中，只要出现掉砖红窑事故，必须停窑维修，影响生产，这个问题随着窑径增大、水泥窑馔烧工业废物而越来越严重，行业开始重视砖形尺寸标准对水泥窑运行的影响。耐火砖的形状尺寸标准是随窑的生产方式及窑内耐火砖所需材质的变化而变化的，本文主要介绍耐火砖标准的变化和C系列耐火砖的性能及应用情况。1水泥熟料生产方式和耐火砖标准的变化1.1 传统干法、湿法窑早期的传统干法、湿法窑产能低、热耗高、窑径小、烧成温度较低，窑内耐火砖材质主要为高铝质、黏土质。砖型尺寸随窑径尺寸变化而变化，-台窑配置一种或多种形状耐火砖。至20世纪60年代，窑的产能增加，湿法窑窑径增大至7.6m,干法窑窑径接近中6.0m。高温部位出现碱性砖，低温部位则配置高铝质砖和黏土质耐火砖，但砖型尺寸仍然是一台窑使用一种或多种形状耐火砖。1.2 预热器窑20世纪50年代初出现的预热器窑，窑径一般在3m以上。历经10年的努力,生产技术逐步成熟，窑径逐年增大，60年代窑径增至4m以上，投入数量逐年增加。预热器窑的热耗低，窑产量高，由于窑尾有预热器，原燃料中的碱氯硫在系统内循环，造成堵塞，腐蚀耐火砖，为此在窑尾设置耐碱砖。20世纪60年代是湿法、传统干法和预热器窑共存的年代，不同生产方式且不同窑径的回转窑配置不同形状耐火砖。给生产制造和砌筑带来不便，为使砖型统一、便于生产，德国水泥工厂生产协会结合该国以预热器窑为主的生产方式，制定了用于窑头高温部位碱性砖的VDZB型标准系列砖，窑尾低温部位耐碱砖用VDZA型系列砖。水泥工业从此走上砖型统一的年代。VDZB和VDZA型标准系列砖均为等中间尺寸（见图1）,B型尺寸为71.5mm,A型尺寸为100mm。且同一窑径的耐火砖高度和长度相同，两种砖的体积比为100:71.5,接近1.4o此砖型的优点是砖的大端和小端尺寸整数多、等体积、等重量，便于砖体设计、计算、生产制造和施工，缺点是大小端尺寸与兀值无关,施工时必须用锁缝砖，影响施工进度。VDZB型砖的体积设计依据是容重2.93.0kgdm3窑头用碱性砖，而A型砖的体积设计依据是容重2.02.1kgdm3窑尾用耐碱砖。两种砖型使用的材质容重的比值接近1.4,因而同一窑径使用同一高度的A型砖和B型砖的重量接近，便于工人砌筑。B型A型图1VDZB型和VDZA型系歹Ji13预分解窑20世£70年代出现的预分解窑，使熟料产量成倍增加，技术逐步成熟，至80年代已成为世界水泥市场的主流。预分解窑生产过程中，碱、氯、硫化合物在窑内循环加重，对耐火砖的化学侵蚀也加重，一些抗化学侵蚀性能较好、容重较重些的铝硅质耐碱砖开始用于窑内。VDZA型砖因与兀值无关，再加上砖的体积偏大，重量偏重，砌筑十分不便，人们期望用体积较小、砌筑方便的砖型来取代。窑头虽产量成倍增加，但煨烧温度变化不大，仍然可以使用VDZB系列砖。ISO3i（见图2）的大端尺寸均为103mm,接近3的数值，被称为兀/3io系列砖的平均体积较VDZA型小约10%,正适合当时的生产条件，抗碱氯硫侵蚀性能好，容重为2.22.3kgdm3,满足铝硅质耐火砖的需求，再加上大端尺寸与兀值结合，砌筑方便，很快就取代了VDZA型砖。形成窑前高温部位用VDZB型，低温部位用ISO3型砖的格局，一直沿用至今。图2ISO3型系列砖2我国水泥工业技术进展和耐火砖标准应用情况20世纪80年代，我国水泥工业预分解窑技术快速发展，为向国际先进技术学习，我国水泥工业回转窑用耐火砖形状尺寸的行标、国标和国际标准一致，但砖的尺寸精度受制造装备影响，仍有一定差距，影响耐火砖的砌筑和运行周期。20世纪90年代以来，水泥预分解窑生产技术出现了两个变化。窑的产能越来越高，直径越来越大，产量从20003000td逐步增至800010000td,窑径从4m增至6m。另一个变化是水泥窑的功能逐步转为消纳废物和生活垃圾，大幅增加了碱氯硫等有害化合物在窑内的富集循环，腐蚀窑内过渡带后的耐火砖，使其使用周期大幅缩短，为此一些容重高达2.52.7kgdm3的抗化学侵蚀的铝硅质耐火砖大量用于窑内。而ISo3砖体积偏大，单砖偏重，工人施工时易出现疲劳，影响施工质量，对现有VDZB型和IS03砖形的形状尺寸、制造精度、砌筑和运行中存在问题进行分析从而进行优化。我国水泥行业有识之士提出了C型系列耐火砖（见图3）标准。图3C型系列耐火砖3 VDZB>IS03>C系列砖对比（1） VDZB系列砖缺点是砖体积和部分砖的锥角小，砖体内砖缝多，在直径较大的窑上，运行中易掉砖红窑，且B型砖大端尺寸与兀值无关，施工时必须用锁缝砖，影响施工进度。（2） ISojr/3系列砖是按早期预分解窑煨烧常规燃料容重为2.22.3kgdm3的抗化学侵蚀的工况条件设计的，为防止掉砖红窑事故，一些水泥公司在大直径窑上使用的碱性砖，因无其他砖型取代，被迫使用体积和锥角大的ISO兀/3系列砖，但又带来病的重量偏重、砌筑时工人易疲劳而影响施工质量和进度的问题。（3） C型系列砖等中间尺寸为（兀/4）=78.5mm,与兀值关联，施工时锁缝砖用量少。中间尺寸较B型砖大约10%,较ISO3破平均小约20%,砖的体积不仅满足碱性砖对大直径窑的需求，也满足抗化学应力强的铝硅质耐火砖的要求。此外大锥角砖多，小锥角破少，砖型尺寸精度提高，砌筑较牢固，运行时掉砖红窑现象也较少。每块砖的体积和重量相等，且整数值多，便于设计计算、制造和施工。国内使用的耐火砖，砖形尺寸精度受装备制造的影响，现有耐火砖在大直径窑上施工时，经常出现两种砖型配比失调造成浪费和停工待料影响施工进度的现象。此外，窑在运行过程中，易出现掉砖红窑问题，以及碱氯硫等有害化合物的熔融体和气体会透过砖缝对窑筒体产生腐蚀损坏等问题。针对上述问题，C系列砖在砖的体积和砖型锥角设计、大小端尺寸以及砖型和砖缝尺寸的精度、单砖平面度、两砖结合的贴合度、10块砖累计弧长的精度等方面，结合国内现有生产工艺装备技术水平和砌筑实践经验，制定标准，作出了相应规定，有利于缓解砌筑和生产过程中存在的问题。4 C系列砖的主要性能4.1 等中间尺寸和兀值结合C系列砖的等中间尺寸为兀/4,施工时锁缝砖用量少，减少了锁缝耗用的时间，施工进度较快。等中间尺寸的耐火砖大小端尺寸整数多，且砖的体积和重量相等，便于设计计算、制造、仓储和施工。4.2 解决大直径窑内窑砖砌筑问题窑内耐火砖砌筑时，窑径越大，同一圈砖砌筑的耐火砖数量越多。以C系列砖为例，窑径4m时，砌筑一圈砖需约150块，4.8m时则需180块。现有的耐火砖标准规定的单砖误差为±l0mm。180块砖的最大累计误差为180mm,而砖的大端为81.584mm,也就是说，当误差值达到某一数值时，就无法保持合适比例的砌筑，只能调整配比。易造成某种砖型数量缺少而停工待料，影响砌筑进度，若备料过多，又造成浪费。可采取以下措施保障施工：(1)将国内制造的单块砖大小端精度要求从土1.0mm提高至±0.5mm,则4.8m窑一圈砖的最大累计误差降至±90mmo(2)控制10块砖累计弧长的差值，也就是测量耐火砖的4个角形成的累计弧长，规定液压机生产的碱性砖差值W3.0mm,摩擦压力压砖机生产的铝硅系列成差值W6.0mmo则碱性砖最大累计差值降至W±54mm,铝硅系列砖仍为±90mm。(3)明确砌筑砖体时，相邻两砖的偏差方向最好是一块正偏差，另一块负偏差，有利于抵消累计偏差，减少施工时比例失调。4.3 提高砖体制作精度及砌筑质量回转窑运行时若出现掉砖红窑事故，会对生产产生重大损失。在分析事故时,人们往往偏重窑的工况及火焰状况，而忽略耐火砖砌筑问题。为减缓掉砖红窑，针对C系列砖在施工过程中的问题，提出了解决办法。为使砖体砌筑牢固，标准不仅提出单砖的平面度控制值为土0.5mm的精度要求，还增加了两块砖的贴合度为±0.5mm的精度控制要求，以防止两块砖砌筑时中间间隙过大，造成掉砖。特别是由摩擦压机制造的铝硅材质硅莫红砖，精度较差，掉砖概率非常高。若是镁砖出现过大间隙，使用砌筑砖机砌筑时，可能在锁缝时因顶砖压力造成耐火砖断裂。上述两种情况在施工时不易发现。在窑运行过程中，会出现掉砖红窑事故。因此，需要严格控制精度。4.4 减少砖缝、优化耐火砖锥角窑内衬体中，砖的缝隙越少，锥角越大，则衬体越牢固。窑内高温部位使用的C系列砖体积较VDZB系列砖增大约10%,砖缝减少10%。此外，砖型设计时，没有采用“砖的大端尺寸增大，砖的锥角增大”的规律，而是采用国内生产实践认为可靠的锥角，还适当增大小锥角尺寸，减少运行时掉砖红窑事故。4.5 控制砖缝精度近年来，水泥工业发展的趋势是大量使用低品位原燃料，消纳工业废物和生活垃圾等，水泥工业已成为清洁生产重要的一环。生产过程中，一些碱氯硫等有害化合物也随之入窑，在合适的温度下，生成低融熔温度的化合物，随物料进入高温部位，成为熟料成分。在高温火焰下，部分化合物挥发，随烟气返回窑尾低温部位，冷凝成熔体化合物，并随物料运行至窑头，逐步增温，再次挥发，形成碱氯硫循环。在此过程中，这些化合物不仅对直接接触的耐火砖进行腐蚀，还透过砖缝接触金属窑筒体，对筒体产生腐蚀损坏。国内外有些窑，在投入生产后，由于上述原因第二档轮带后的筒体因腐蚀损坏而不得不更换筒体，对生产造成重大损失，减缓的方法之一是控制耐火砖的砖缝数量和尺寸，减少有害化合物和金属筒体的接触。控制砖缝措施：一是确定合适的砖缝和环向缝的数量和尺寸，二是控制砖的大小端尺寸的精度。(I)现执行的VDZB和ISo3标准中，明确砖缝和环向缝为2mm,而C系列砖缝尺寸精度是结合我国水泥工业实际情况制定的。在C系列砖的大面平整度在理想状态下干砌时为0mm,湿砌时按1mm进行计算。但在实际情况下根据各种不同情况会有一定范围的变化。环向缝按2mm计算。碱性砖需要预购纸板，纸板厚度根据砖的材质和各生产厂家原料不同，一般选择在12mm,大多为2mm。其他品种的耐火砖不贴纸板，考虑2mm砖缝。对比表明，C系列砖砖缝小于VDZB和IS03砖。(2) C系列耐火砖标准不仅规定了单块砖大小端尺寸精度、单砖平面度精度和单砖平面度的控制值，还规定了两块砖贴合度以及10块砖的圆弧长度和差值，由于上述控制值的精度均有所提高，必将减少砖和砖之间的缝隙，减少有害化合物的固熔体和烟气对耐火砖侧面和金属筒体的腐蚀。4.6 可操作性强(1) C系列耐火砖编制标准中列出了干、湿两种施工配比，供设计、施工人员结合现场实际灵活选用，有利于设计、砖型制造、现场施工，实用价值较高。(2)C系列砖的单砖长度均为198mm,不同窑径使用的砖高度均与VDZB.IS0