詳解窯爐爐襯耐火材料損毀的8種破壞因素

一般將預分解窯窯內分為4個帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶。四帶中，燒成帶窯襯為關鍵，目前國內外在預分解窯燒成帶主要采用堿性磚。

熱、機械和化學3種因素構成了窯襯內的應力并導致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應力。

對堿性磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發性組分的凝聚、還原或還原－氧化反應、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對窯內不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現就這8種因素損壞堿性磚的機理分別作一簡述。

1、熟料熔體滲入

熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質層中的C2S和C4AF會強烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時甚至還會析出鉀霞石；而熔體則會充填磚襯內氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應力和機械應力雙重作用，導致磚極易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預分解窯入窯物料溫度已達800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個預分解窯內，即熟料熔體對預分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

2、揮發性組分的凝聚

預分解窯內，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發凝聚，反復循環，導致生料中這些組分的富集。由生產實踐，窯尾熱級預熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。當熱物料進入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區段后)，物料中的揮發性組分將會在所有磚面及磚層內凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導致磚滲入層的熱震穩定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機械應力綜合作用下開裂剝落。因預分解窯從窯尾至燒成帶開始整個無窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。

3、還原或還原－氧化反應

當窯內熱工制度不穩時，易產生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內的Fe3+還原或Fe2+，發生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴散能力比Fe3+強得多，這又進一步加劇了體積收縮效應，從而使磚內產生孔洞、結構弱化、強度下降。同時，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應反復發生，磚便產生化學疲勞。這一過程主要發生在無窯皮保護的鎂鉻磚帶。

4、過熱

當窯熱負荷過高，使磚面長時間失去窯皮的保護時，熱面層基質在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發生于燒成帶的正火點區域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞，易于損壞。

近年來，在冷卻帶和過渡帶，有不少企業使用了硅莫磚，大部分硅莫磚的事故是由于過燒造成的，很少是其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來石構成，而且碳化硅起著非常重要的作用，理論上當溫度上升到2500℃左右，碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨，實際上在窯內還原氣氛條件下，碳化硅在1700℃左右已開始分解，對硅莫磚構成致命的破壞。

5、熱震

當窯運轉不正常或窯皮不穩定時，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達上千度)，而使磚內產生很大的熱應力。此外，窯的頻繁開停使磚內頻繁產生交變熱應力。當熱應力一旦超出磚襯的結構強度時，磚就突然開裂，并沿其結構弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現象極易發生在靠近窯尾方向的過渡帶區域。

6、熱疲勞

窯運轉中，當磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉一周，磚襯表面溫度升降幅度可達150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預分解窯轉速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達130000次之多。這種溫度升降多次重復導致堿性磚的表面層發生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7、擠壓

回轉窯運轉時，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機械應力的綜合作用。其中，窯的轉動、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動力學負荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學負荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運動，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會使磚襯承受各種機械應力作用。當所有這些應力之和超過了磚的結構強度時，磚就開裂損壞。該現象發生于預分解窯整個窯襯內。

對于緊靠擋磚圈的磚，大部分損壞是由于擠壓力造成的。國外某公司專做窯口磚，其使用壽命可以保證3年以上，我們把它與其他磚作了檢測對比，發現其差別主要在高溫抗折強度上，而國內耐火磚的標準根本就沒有把高溫抗折強度列進去，這一點應該引起耐火磚生產廠家的重視。

8、磨損

預分解窯窯口卸料區沒有窯皮保護時，熟料和大塊窯皮又較硬，會對該部位的磚襯，產生較嚴重的沖擊和磨蝕損壞。

實際上，不要以為窯口沒有窯皮是正常的，在有條件的情況下，保持冷卻帶有一定的窯皮，不但能有效保護窯口磚，而且對拓寬窯的操作彈性，穩定產質量都是有好處的。