耐火预制件在新型干法水泥窑的应用

　　1 前言

　　随着水泥工艺技术的进步和发展，各水泥厂普遍采用“三高”配料，超产情况普遍，加上原燃料劣化等因素，使得水泥窑关键部位耐材的使用工况日益恶化，损毁加快。特别是篦冷机喉部、篦冷机矮墙、三次风闸阀等部位的耐火材料，由于其特殊的工况条件，采用传统的浇注料已不能满足水泥窑高运转率的要求，已成为制约水泥窑运转率提高的瓶颈。

　　目前在水泥窑的篦冷机喉部、篦冷机矮墙、和三次风闸阀、窑尾烟室等易损部位的耐火材料仍多采用耐火浇注料，但这些易损部位受到水泥工艺条件和窑内的风速，烟气含尘量，烟气成份、颗粒硬度、温度波动等诸多方面的影响，耐火材料也受到相应的化学侵蚀，冲刷磨损、机械应力及热剥落等因素的影响，使用寿命较短。耐火材料过早的损坏，增加了停窑检修的次数，降低了水泥窑的运转率，额外增加了检修费用，减少了熟料的产出，并且降低了其他部位耐材的使用寿命。在这种情况下，预制件作为一种独特的解决方案开始出现，通达公司经过多年的技术积累，优化设计了篦冷机喉部，三次风管闸阀，篦冷机矮墙等部位选择预制件的解决方案，并在水泥窑易损部位取得了令人满意的使用效果。经统计表明,使用预制件后,延长了耐火材料的使用周期，使该部位的耐材损耗降低40%以上，间接的为水泥企业缩短了至少30%以上的停窑时间,员工由于浇注料修补而造成的工作强度可减少至少30%以上；另一方面，使用寿命的延长使得耐材的平均消耗成本也有不同程度的降低，由于所有预制件都是采用直接砌筑,缩短了施工时间，降低了施工成本，并且取消了部分钯钉和硅酸钙板,因此从综合成本考虑,成本至少降低20%。预制件的使用提高了窑的运转率，减少了停窑次数，提高了孰料产量，大大提高了水泥厂的综合经济效益。

　　2 不定形耐火材料的定形化

　　耐火材料分为定形耐火材料和不定形耐火材料，但目前定形和不定形的界限正逐渐变得模糊，预制件介于定形和不定形之间，是将不定形耐火材料定形化，兼具定形和不定形的优点，是不定形耐火材料施工和应用技术发展的一个新方向。目前在冶金行业，已经有越来越多的用户选择使用浇注料预制件，以便缩短施工，养护和烘烤的时间，进而增加了设备的循环和利用率。因而近年来，预制件的品种激增，不胜枚举，常见的包括高炉出铁沟预制件，电炉顶预制件，钢包透气砖、座砖、冲击板，钢包底预制件，中间包挡渣堰、冲击板，加热炉用烧嘴、蓄热体、耐磨滑块等等。在水泥行业，预制件凭借着其具有浇注料无可替代的优点，也逐渐在水泥窑关键部位（如：篦冷机喉部、篦冷机矮墙、三次风阀、窑尾烟室）上逐渐推广开来，已经有越来越多的水泥厂家开始接受并采用预制件的解决方案，并在使用中显现出更加优异的性能，为水泥厂家和耐材厂家都带来了良好的经济效益。

　　预制件是将预施工的部位提前分割成小块，并设计出特殊的形状，按形状制作模具，在工厂预浇注成型、养护、烘烤完毕后运到现场吊挂拼装。预制件的安装改变了传统浇注料的现场浇注施工的安装方法，使施工简便易行，可以省去现场搅拌、浇注或捣打以及相应的装备,节约了施工时间，并且使现场施工不受施工环境和季节的影响，保证了施工质量。

　　水泥窑关键部位耐火材料由于所处工况比较恶劣，因而在施工过程中需要较高的施工质量，而在水泥窑检修期间，一般工期较短，现场浇注施工质量难以保证，施工质量的好坏对耐火材料的使用寿命有很大的影响。加水量的增加会使浇注料的气孔率增大，强度降低，并严重影响浇注料的耐磨性能。浇注料施工完毕，必须有一定的养护时间，养护完成后还必须进行烘烤处理，否则容易爆裂。浇注料现场施工的这些缺点不仅影响了耐材的使用寿命，也延长了检修的时间。

　　预制件的应用解决了浇注料现场施工的缺点，大大延长了耐火材料的使用寿命。与浇注料相比预制件的使用具有以下优点：

　　(1) 吊挂拼装能有效的避免浇注料内部因结构应力所导致的不规则裂纹的出现。

　　(2) 工厂预制具有充足的施工时间和良好的施工环境，可以不受环境或季节条件的限制，能充分保证施工质量，大幅降低因施工不规范造成的质量问题，耐磨性能好。

　　(3) 工厂预制提前进行充分的养护，免去现场养护、烘烤时间，安装后直接点火使用，缩短检修时间。为客户创造良好的经济效益。

　　(4) 提前烘烤，有效的解决了浇注料在点火升温过程中的爆裂问题。

　　3 预制件在篦冷机喉部的应用

　　篦冷机喉部浇注料所处位置的风速较大，烟气含尘量高，烟气中孰料颗粒硬度大，对材料的冲刷磨损严重，同时烟气成份较为复杂，材料侵蚀也较为严重，部分篦冷机跨度较大，易产生较大的结构应力，引起浇注料的开裂，热烟气沿裂缝进入浇注料内部，易掏空硅酸钙板，造成篦冷机喉部超温或烧穿。所以该部位耐火材料的材料选择，施工质量尤为关键。在普通的浇注料施工过程中，喉部顶部有混凝土水泥梁存在，空间狭小，施工比较困难，施工质量很难得到保证，浇注料内部含水量加大，在点火升温过程中喉部浇注料很容易爆裂，因此篦冷机喉部浇注料在部分水泥窑上使用寿命偏低，甚至有的只有3-4个月的寿命，严重影响了水泥窑的正常安全运行，这些问题也一直困扰着部分水泥厂家。

　　针对以上问题，通达公司对篦冷机喉部结构进行了优化，有针对性的设计了喉部预制件方案并在一些水泥窑上进行了推广应用，取得了良好的使用效果。以国内某厂家的5000T/D生产线为例，原篦冷机喉部采用刚玉莫来石浇注料，使用效果较差，寿命在3～4个月，严重影响了生产线的正常运转。采用喉部预制件方案后，将易损部位壳体的钢板切割去除，在两侧焊好支架，按设计距离焊接工字钢承重梁，将预制件拼接吊挂在工字梁上，然后在顶部铺设隔热保温材料。施工完毕后直接升温点火。安全运转10个月后停窑检修，篦冷机喉部预制件仍基本完好。篦冷机喉部预制件安装示意图见图1。

图1 篦冷机喉部预制件示意图

　　耐火预制件按照图1的方案制做，并于2010年1月在该水泥厂5000t/d水泥窑篦冷机喉部应用，安装过程如图2所示：

图2 某水泥厂篦冷机喉部耐火预制件现场安装图

　　2010年11月停窑检修时，发现预制件几乎完好无损，使用效果非常好，保守估计使用2年没有问题，得到了用户的好评。

　　预制件的优化设计，缓解了喉部浇注料产生的结构应力。预制件的工厂预制大大提高了耐火材料的强度和耐磨性能，降低了材料的气孔率，提高了抗侵蚀性能。通过在水泥窑上的现场应用，篦冷机喉部预制件体现出了比浇注料更加优异的使用性能。

　　4 预制件在篦冷机矮墙的应用

　　篦冷机矮墙是水泥窑经常损坏的部位，更换频率较快。该部位耐火材料需要长期承受高硬度水泥熟料的磨蚀，特别是细料分布不匀的篦冷机，磨损相当严重。因此该部位的耐火材料需要具有很高的耐磨性能。众所周知，耐火材料的耐磨性能除了与浇注料自身的性能有关外，更多的是与其施工质量相关，加水量较大，施工质量不佳，耐磨性能显着降低。所以矮墙浇注料需要有较高的施工质量，现场施工一般很难保证。其次是篦冷机矮墙浇注料拆除难度大，更换面积大、频率高，拆除后需重新焊接钯钉，然后浇注、养护、烘烤，费时耗力。采用篦冷机矮墙预制件，安装便捷，不用重新焊接钯钉，直接砌筑，缩短了工期。工厂预制保证了浇注料的施工质量，能充分发挥浇注料自身的性能，同时可以避免现场施工带来的施工质量的波动，确保整个矮墙耐火材料质量的均一稳定。篦冷机矮墙磨损后，若采用传统浇注料，则需要进行拆除重新浇注，而矮墙预制件在一侧磨损后，更换方向，另一侧可继续使用，这种重复使用既节约了耐火材料，又提高了水泥厂家的经济效益。矮墙预制件免养护，不用烘烤，可以为水泥厂家节省时间，且具有更长的使用寿命。篦冷机矮墙预制件安装示意图见图3。

图3 篦冷机矮墙安装示意图

　　篦冷机矮墙预制件在众多水泥厂家使用后，均体现出了令人满意的使用效果，使矮墙原来的使用寿命从1年提升到了2～3年，为水泥厂家带来了可观的经济效益。[Page]

　　5 预制件在三次风闸阀的应用

　　三次风阀在新型干法水泥窑中主要是通过调节三次风阀的开度，来调节回转窑内的一次风量并确保分解炉内的煤粉能充分燃烧，风阀的调节对回转窑烧成工艺的调节起着至关重要的作用。三次风阀在使用中始终受到高速气流的正面冲击，烟气流速高(高达30m/s),烟气中飞砂浓度大，颗粒硬度高，所以该部位磨损相当严重。传统的三次风阀采用浇注料施工，无法保证材料的耐磨性能，损坏较快，平均使用寿命只能用6个月左右，严重影响了水泥窑烧成工艺的调节。生产现场三次风阀损害的具体形式主要有：风阀下部浇注料磨损；风阀骨架变形卡死；浇注料大块剥落；外部材质爆裂等。针对这些情况，通达公司提出了三次风阀预制件的解决方案。三次风阀预制件采用钢筋混凝土的结构，缓解了整块钢板膨胀对浇注料产生的内应力，对预制件内部的耐热金属件进行了结构优化设计，解决了其高温下变形卡死的问题。针对风阀的工况，开发了高耐磨浇注料G-17M，通过添加超微粉强化基质，合理调配原料的颗粒级配，使其达到最紧密堆积，并添加特殊的添加剂，使其在中温和高温下均具有很高的强度和耐磨性能。预制件在工厂预制期间可以严格的控制施工质量，并通过专门的烘烤设备严格按照烘烤曲线进行预先烘烤，充分发挥浇注料的强度，提高材料的耐磨性能。闸阀两侧设计了卡槽砖，减少闸阀侧面的通风量，减少磨损，延长寿命。三次风阀预制件安装示意图见图4。

图4 三次风阀安装示意图

　　通过一些水泥厂家现场使用结果表明，采用三次风阀预制件来替代传统的耐磨浇注料，效果显着，使三次风阀的使用寿命从以前的不到1年提高到18~24个月，满足了正常的检修周期要求。

　　6 预制件在窑尾烟室的应用

　　窑尾烟室结皮的现象在新型干法水泥窑上已经屡见不鲜,主要是由于烟室温度过高、生料成份变化大, 煤质差、灰分熔点低、硫含量高、煤粉燃烧不完全等原因所造成。烟室结皮需要用空气炮或高压水枪来频繁清理，不仅增加了职工的工作强度，也会造成浇注料的开裂和脱落。针对这种情况，通达公司设计推出了窑尾烟室预制件，优化设计了预制件的结构，特殊的结构有效的防止了浇注料上的积料，独特的抗结皮浇注料配方能显着降低窑尾烟室的结皮，预制件具有很高的高温强度，能有效避免浇注料在使用过程中的开裂和脱落。窑尾烟室抗结皮预制件相对于传统抗结皮浇注料具有更长的使用寿命，能显着降低烟室结皮的机率，预计平均寿命在3年以上。

　　7 耐火预制件制作

　　7.1模具的制作

　　根据预制件的尺寸要求，在要求误差范围内严格按照尺寸制模。在制作模具方面有几点值得注意的问题：

　　(1)根据现场使用的要求，能做成负公差的尽量做成负公差，以便于施工安装；

　　(2)根据预制件大小确定模具四周是否加固，以防大体积预制件在制作过程中因浇注料的振动而撑裂模具；

　　(3)模具表面使用三聚氢胺板，内部各面或是异型拐角都是预制件的成型面，要保证其平整、光滑，使得预制件外观美观；

　　7.2预制件的浇注成型

　　在预制件的浇注成型过程中，须注意以下几点：

　　(1)在保证浇注料流动性好的前提下尽量少加水，尤其是工期紧且是冬季施工时；

　　(2)一定要保证在预计时间内硬化，必要时可加入适量的固化剂；

　　(3)预制件的养护，尤其是在冬季要保证养护温度，一般浇注料的养护温度都是室温，若是温度过低，就必须采用保温措施。

　　(4)一定要在预制件有足够的强度后方可脱模，避免变形或撞裂。

　　7.3耐火预制件的烘烤

　　一般的预制件在400℃以下烘烤不存在问题，但要在600℃左右烘烤，而且时间紧迫时，就必须采取措施：

　　(1)要根据浇注料材质、环境温度、预制件中配筋的部位和数量以及工期要求的时间等多方面考虑，严格设计烘炉曲线；

　　(2)在浇注料中加入适当的防爆剂，因为浇注成型的预制件在500℃烘烤是比较危险的，在200～350℃要有足够的保温时间。

　　7.4耐火预制件的运输

　　耐火预制件的运输除了防雨、防震外，未经烘烤的还要注意防冻。

　　8 结语

　　8.1耐火预制件安装简单，维修时间短，无需烘烤可直接投入使用，节约了大量的维修时间，有效避免了耐火浇注料的烘烤爆裂问题。

　　8.2耐火预制件提高了水泥窑的生产运转率，在水泥窑的关键部位取代传统浇注料方面已经取得了良好的使用效果和显著的经济效益。可为我国水泥窑的节能减排、提质增效做出贡献。

　　8.3随着水泥厂家对预制件认识的逐渐深入，预制件必会作为一种独特的解决方案得而到广泛的推广和应用。