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活性石灰回转窑耐材的损坏原因及控制

时间:2021-01-14 09:26

  活性石灰回转窑耐材的损坏原因及控制杨彬王国强李冰焦振永 新兴能源装备有限公司 关键词:回转窑、耐材、温度,损坏、寿命 一、前言 回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑即石灰回转窑。 活性石灰回转窑主要应用于焙烧钢铁厂等冶金单位用的冶炼用活性石灰和有色冶金行业煅烧氧 化镁等。 活性石灰回转窑系统工艺流程简介:经筛分后合格的石灰石(20_-45MM规格)存放在料仓内, 经斜桥料车提升并运入预热器顶部料仓。预热器顶部料仓,然后通过下料管将石灰石均匀分布到预热 器各各室内。 石灰石在预热器被11000C窑烟气加热到8000C左右,约有30%分解,经液压推杆推入回转窑内, 石灰石在回转窑内经高温(煅烧带13000C左右)烧结分解为CAO和C02。分解后生成的石灰石进入 冷却器,在冷却器内被鼓入的冷空气冷却到1000C以下排出。经热交换的5000C热空气进入窑和煤气 混合燃烧。废气进入电除尘器或袋式除尘器,再经风机进入烟囱排出。 出冷却器的石灰经变频振动给料机,链板输送机、斗式提升机、胶带输送机送入石灰成品库。 我公司生产的活性石灰回转窑内衬(简称窑衬)一般使用复合耐火砖形式。此类窑衬属于一般二 类砌体,灰缝要求2mm左右。且每七环有一层纸板作为膨胀缝。因此,可以说砖与砖之间的粘合并 不是很牢固的。由于回转窑是圆形砌体,其受热膨胀方向是由圆心向外辐射状膨胀。且窑内耐火砖为 楔型砖。因此,正常生产时窑衬受热膨胀后可以紧密的与窑皮形成一个整体。且由于活性石灰窑生产 过程容易在窑衬附着窑皮,等于为窑衬提供了一层保护层。因此,正常使用的石灰回转窑窑衬往往可 以使用两年以上。 二、影响窑衬寿命的因素分析 有一些因素会导致窑衬的寿命受到很大的影响,这些因素大体上分为三类: 1.化学损坏:低熔反应导致熔蚀、碱盐渗入、和还原一氧化效应等。 2.热损坏:过热、热震炸裂、热疲劳等。 3.机械损坏:磨损、砖衬位移、过剩压力导致弧状剥落、椭圆化力效应、出现沟槽和挡砖圈的 剪应力等。 热、机械和化学三种因素组成了衬里内的应力并导致破坏。随着窑型和操作的不同及窑衬在窑内 位置不一,上述因素便起着不同的作用。 主要表现在以下几点: (一)、化学损坏 1.低熔反映导致熔蚀 石灰石原料、耐火砖和煤粉等燃料中存在一定的低熔点杂质,其成分主要是CaO---Si02一A1203 一Fe203等。在窑料和砖内浓度差异和温度差异影响下,熔体主要以离子迁移的方式,从砖的热端向 冷端迁移。 24l 窑的运行状况、砖在窑内的部位、窑皮状况以及砖内温度差异等都决定了渗入处的温度和熔体性 状,因而决定了熔体在砖内的渗入深度,也即变质层的深度,一般来说,窑皮状况越差,砖内渗入变 质层越深,其深度可从薄到几乎看不出直到70mm之多。熔体充填砖内气孔,并与耐火材料中的部分 离子发生化合作用使该部分砖层致密化和脆化,再在热应力和机械应力作用下极易开裂剥落。 2.碱盐渗入 在以煤作燃料的窑中,煤中以硫酸碱和氯化碱为主的挥发性组分在窑气和窑料中含量大增。碱盐 深度地渗入砖层,并在700"--1000"(2的砖层内疑聚沉积,使该处高度致密化,导致该层的热震稳定性 显著减弱,再在热一机械应力综合作用下开裂剥落。 3.还原和还原一氧化反应 煤或煤气在不完全燃烧时,易出现还原性火焰。高铝砖内的三价铁还原成二价铁,体积发生收缩。 而FeO中二价铁很容易游离并产使耐火砖生低熔物空洞,砖的结构被弱化,强度便降低。窑气中还原 与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀相更迭的体积效应反复发生,砖便产生化学疲劳。对化学结合的 磷酸盐砖,还原反应的损坏后果更为严重。 当硫含量过剩时,在还原作用下,砖内还会生成FeS、KFeS2等多种硫化物,它们在后续的氧化 条件下转化成硫酸盐,又会产生反复的体积效应使砖损坏。 (二)、热损坏 1.过热 窑内热负荷过高,超过荷重软化温度,窑皮无法形成。使砖面长时间失去窑皮的保护,耐火砖内 低熔杂质在高温下熔化并向冷面层方向迁移,既使渗入层致密化,又留下疏松多孔的热面层。疏松多 孔的热面层不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳,易于损坏。 窑皮不稳定和窑的运转不正常时,耐火砖特别易受热震而损坏。窑皮的突然垮落而使砖面温度瞬时骤增甚至近千度,窑的频繁开停又在砖内频繁产生热应力。砖内吸收热应力的能力有一定限度,一 旦超出其结构强度,砖就会开裂,并沿上述种种结构弱化处不断扩大加深,使砖碎裂。窑皮掉落时带 走处于热面层的碎砖片,使砖不断损坏。 3.热疲劳 窑转动中没入料层下的窑衬表面温度降低,暴露于火焰中的温度升高。如窑每分钟2转,每月的 这种周期性温度升降达90000次之多。每次升降幅度虽只150--.20012,影响深度也仅15"---20ram,但 重复多次后砖的热面层便发生热疲劳,再与其他破坏因素相结合,促进了砖的剥落损坏。 (三)、机械损坏 窑转动中,位于托轮处的砖受挤压,位于窑筒顶部的砖受窑皮重量和自重带来的拉伸。窑初开和 初停的瞬间,特别是位于转动部位的砖受到扭曲。实际上,砖受到的是压力、拉力、扭力和剪刀的综 合机械应力。其中,窑的转动、窑筒的椭圆度和窑皮掉落,使砖受到动力学负荷;砖和窑皮的重量以 及砖本身的热膨胀,使砖承受静力学负荷。此外,衬砖与窑筒之间以及砖衬内部均有相对运动的情况, 挡料圈和挡砖圈部位、窑筒变形处、窑体上末磨平的焊缝处等,都会在砖衬中引发机械应力。当应力 的总和超过了砖的结构强度,砖就开裂损坏。机械应力还与热应力和化学损坏综合发挥作用,使衬砖 更易损坏。窑径越大,一方面机械应力作用越强烈,另方面维护窑皮的难度增大,使各种损坏后果变 得更加严重。 三、延长窑衬使用寿命的措施 针对以上损坏基理,回转窑的安装及日常生产中可以采取以下应对措施,来有效的延长窑衬的使 242 用寿命: 在回转窑的安装图纸;《开窑方案》;《岗位操作标准》等规范性、指导性文件中,均提出:未经烘炉不允许长时间连续转窑;开窑时烘炉温度300"C左右每1小时转半圈、60012左右每半小时转半 圈、800"C以上连续下料后逐步副机低速转窑,停窑顺序相反800以下不应该连续转窑。 这样要求的主要目的一方面是考虑窑体的弯曲变形,变形后的窑体对耐火砖的整体产生的应力非 常大,使耐火砖受到压力、拉力、扭力和剪刀的综合机械应力。另一方面耐火材料在由高温到低温的 过程中会出现明显的收缩。(一般高铝砖的膨胀系数6x10-勺)。由于窑内各部位温度不均,所以窑 衬发生的是不均匀收缩,收缩后的窑衬之间会出现许多环形收缩缝。如此时频繁转动窑体,势必使窑 衬整体强度大大下降,易造成抽签、扭曲、断砖的后果。 2.控制窑温 活性石灰回转窑窑衬多为特种磷酸盐复合砖、高铝复合砖。正常生产时煅烧带温度应控制在 1250左右。即使生产不正常,温度不稳定,也不能超过1400。这是因为即使特种磷酸盐耐火材 料理论荷重软化度也很难达到1500。而1400以上的温度由于接近了砖的荷重软化温度,使得砖 在受力的情况下强度大大降低。 直接后果是窑衬迅速减薄,甚至掉砖,导致严重生产事故。山东某钢厂2#fl灰生产线就是由于 超高温使用(1450左右)。造成投产仅3个多月窑内掉砖,窑皮变形,停产数月的严重事故。 衬里砌筑后必先妥善烘烤。烘烤中升温速度不能太快,以免产生过大的热应力而导致砖衬开裂、剥落。这对大型窑特别重要。 当然在烘烤的低温阶段,砖衬内压应力很小,高温阶段砖内发生徐变,呈现应力松弛,升温都可 适当快些,只有300~800阶段内最危险,升温才不能太快。砖面温度目前难于正确测定,大体上 窑体表面温度达100时,窑衬内表面温度约为800,因此可严格控制窑体表面的升温速度和总的 烘窑时间来保砖衬安全。 对大多数耐火砖而言,有一项物理指标是“耐热震性”又称“耐急冷急热性”。顾名思义,就是耐火 砖对冷热变化的抵抗性,而且普通高铝砖含铝量越高、质量越好的耐热震性越低,有些AL203含量 >70的特级高铝砖其耐热震性甚至不足20次。停窑而不换砖时,降温必须缓慢适度。初停窑时绝不 能靠排风机的开动来强制冷却砖衬,这时冲水冷却窑衬的方法更必须禁用。如窑皮厚度正常,又不露 砖,应先自然冷却16h,等窑皮表面变黑后方可靠排风机的开动来适度冷却窑衬。 有些企业,由于忽视耐材的此项特点。在停产检修时,为了缩短时间,不是逐步的凉窑与开窑, 而是急于求成,采取急速升温、强制降温等揠苗助长的手段。这样势必对耐材的使用寿命造成影响。 在包括煅烧带及其两侧过渡带的高温带砖衬上能否始终保持一层稳定窑皮,是能否保证砖衬使用寿命长的决定性条件之一。 耐火砖上第一层优质窑皮的形成条件是石灰石原料中熔体的含量、粘度和表面张力适当,且耐火 砖热面层中也形成少量熔体,于是料层底部的熔融颗粒便和砖面牢固地相粘。相粘后熔融物所含部分 热量和部分熔体耐火砖所吸收因而降温和冻结,粘度则有所增加,增大了在耐火砖上粘附的牢度。第 一层优质窑皮的形成极为重要,只要停窑后再开窑时不发生因砖已先期开裂而被垮落窑皮连带撕裂所 粘附的砖层,这层优质窑皮对掉窑皮时不露砖因而有效延长窑衬寿命起着重要的作用。 国内回转窑用燃料很多足煤,且往往煤质欠佳,灰分波动,入窑煤粉在流量和质量上均不够稳定, 243 甚至很不稳定。局部时间里含窑灰极多的窑料对窑皮和火砖的严重损坏必须引起足够的重视。上述情 况都很不利于窑皮的稳定和窑衬寿命的延长。 因此,回转窑内衬的损坏因素及应对措施可归结如下: 现象 症状 原因 措施 耐火砖项部纵 膨胀产生的轴想压力 1.膨胀缝隙不够 1.按要求设置纸板 热膨胀 向两呈现凸型 超过了砖体强度,造成 2.未设置纸板 2.使用带纸板的耐火 3。纸板烧坏后频繁停 剥落 了火砖剥落 砖窑铁板氧化与耐火砖内 同轴应 环向深度为 铁板和砖体反应部位 氧化物反应生成铁相 1.不用铁板\砌筑 3—.5cm的同 化合物,该化合物体积 力裂缝 膨胀断裂 轴应力裂缝增大致使衬体水平状 断裂 窑简体与衬砖 1.保持窑的稳定操作冷面向对运动 窑简体和衬体之间的 2.窑简体椭圆度增加 2.将窑筒体凸出部位 造成磨擦损相对运动造成衬砖错 3.频繁停窑造成衬砖 错位坏,致使砖体 的收缩和膨胀 3.控制窑简体椭圆度 机成螺旋壮歪斜 位4.窑皮变化 4.适当减少缝隙,采用 5.窑简体损坏交错砌砖的方法 损1.轮带垫板增大间隙 1.定期检测轮带间隙 轮带部位窑简体椭圆产生过大的椭圆度 的爆头或在完度(挤压和松弛)在每 2.允许最大的椭圆度 2.轮带间隙过大更换 垫板椭圆度 专一圈时对砖面造成 为窑径的1/10,例如4 内出现多块砖 的剪切应力 米窑径,最大椭圆度值 3.采用湿砌方法砌筑 的爆头 为0.4% 在窑的轴线.校正插入的锁砖 向上,呈现宽 衬砖体磨损后呈现定 2.顶杆太紧造成锁砖 2.砖缝内均匀地插入 损坏垫片 度为24块砖 向的磨损槽沟 的带状深槽 块铁板块铁板 挡砖圈上部边 1.推力和振动造成衬 1.用胶泥将衬砖粘在 角和窑口部件挡专权和窑口部件处 砖剪切裂缝和磨痕 挤压的衬砖受挤压断裂 2.不采用切割砖 现水平断裂面 圆度增大加速了衬砖 的损坏过程热凹坑状损坏, 1.中等耐火度的耐火 1.调节燃烧器 损熔融凹 形同鸭窝(看 温度过热损坏了热面 砖在生产操作时无窑 2.保护好窑皮 的砖体结构皮保护 坏2.火焰直接灼烧到衬 砖的热面遭受过热熟1.煅烧时避免液相量 砖面结合在一料渗透后砖体变为致 过热熔融物的液相渗 过高,液相量,稳定操 透密,其机械性能发生变透砖体热面 2.使用高弹性高耐火 顶部致密部位 衬砖内均匀的1.超过1700"C高温时 过热负 带圆形颗粒的 高质量的衬砖在高温 1.连续和稳定操作集体转变为脆 荷2.砖体结构出现热静2.使用补偿性好的砖 弱结构的针状 出现结构疲劳 力学的再结晶 1.按操作规范合理升每层2-3厘米 温度突然变化产生热 1.快速升温 温、降温 应力造成砖面水平剥2.突然降温 2.保持稳定窑皮的操 剥落开裂 作落开裂 剖开砖体可以下过渡带主要为 盐碱渗 看到碱盐的水 气相碱盐化合物渗入 平渗透层和被 砖体孔隙内,冷凝和固 K2S04渗透沉积,而 1.减少入窑碱盐含量 透上过渡带为KCL渗透 2.控制碱硫比值 碱盐腐蚀的窑 化简体沉积。 窑内存在短暂的还原损程中,逐步褪 窑内氧化气氛和还原 气氛主要为:1.燃烧不 1.控制燃烧气氛 害氧化还 色呈暗棕色, 气氛反复变化称之为 完全。 2.改善煤粉细度(90目 原砖体结构爆 气化还原,在此过程中2燃烧内灰分过多。 3煤和石油焦颗粒过50%)。 煤粉沉积在缝 隙内,致使砖 积相应发生变化。 4使用代用燃烧。体结构爆裂。 四、结束语 综合上述种种分析,显见,唯有研究明白了具体窑段内衬砖损坏的特定原因,对症下药,合理操 作,才能达到延长衬砖的使用寿命并改善水泥窑生产的目的。 地址:河北省邯郸市经济开发区和谐大街99号 邮编:056017 电线 电子邮箱:—zhonaiilibin—g@126.com

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