回轉(zhuǎn)窯工藝帶劃分示意圖?

1-窯尾錐；2-分解帶；3-過渡帶-Ⅰ；4-過渡帶-Ⅱ；5-燒成帶；6-卸料帶；7-鼻環(huán)；8-噴煤管；9-擋料圈；10-窯口；11-窯頭錐

2　耐火材料的選擇 　　由于生產(chǎn)工藝的不同，窯內(nèi)承受應(yīng)力的形式、大小差異較大，總的來說，窯內(nèi)耐火材料承受的應(yīng)力主要有熱應(yīng)力、機(jī)械和熱機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕三個方面，設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)窯型、生產(chǎn)工藝的實際情況，合理選擇窯襯材料。?

2.1　窯襯承受應(yīng)力情況?

2.1.1　熱應(yīng)力?

襯料表面溫度隨窯的回轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性波動，其溫差可達(dá)200 ℃以上，在窯皮脫落或停窯時冷卻急劇等情況下，會使襯料表面溫度發(fā)生變化，內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力；另外襯料本身熱面和冷面亦存在溫差，其溫差大小視材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)等因素而定，由于溫度梯度的存在，便產(chǎn)生溫差應(yīng)力。這些是造成襯料損壞的原因之一。?

2.1.2　熱機(jī)械和機(jī)械應(yīng)力?

　　窯內(nèi)襯料受到煅燒物料的磨擦及氣流中塵粒的沖刷、剝蝕，窯的金屬筒體，特別是燒成帶筒體，由于溫度較高，失去剛性，發(fā)生變形，從而在襯料內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，致使襯磚間發(fā)生相對運(yùn)動，出現(xiàn)應(yīng)力高峰，造成襯料裂縫、剝落和脫開掉下。?

2.1.3　化學(xué)腐蝕?

　　窯襯受到化學(xué)腐蝕，主要來自煅燒物料和燃燒氣流兩個方面。煅燒物料的組分以熔融狀態(tài)擴(kuò)散或滲入襯料內(nèi)部，從而引起化學(xué)和礦物的變化；另外，熱氣流中的堿、氯、硫等揮發(fā)物在窯尾或預(yù)熱器等低溫部分富化，形成硫化堿、氯化堿等熔體，滲入耐火材料內(nèi)部，引起“堿裂”破壞。?

2.2　窯內(nèi)各帶耐火材料選擇原則?

2.2.1　卸料帶?

　　該部位窯內(nèi)襯料損壞因素主要是機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕。襯料選擇時要具有良好的耐磨蝕性和熱震穩(wěn)定性。在卸料帶可采用化學(xué)結(jié)合高鋁磚及熱震穩(wěn)定性較好的堿性磚(如尖晶石磚)。卸料口采用抗磨性良好的、振動成型的整體耐火材料，如高鋁質(zhì)早強(qiáng)防爆型澆注料或鋼纖維增強(qiáng)澆注料，也可采用碳化硅復(fù)合磚。?

2.2.2　燒成帶?

　　燒成帶的襯料主要承受高溫沖擊和化學(xué)侵蝕，是全窯最苛刻的部位。如襯磚無窯皮保護(hù)，直接裸露在1 700 ℃左右的高溫火焰下，襯磚熱面溫度可高達(dá)1 500 ℃，造成磚內(nèi)溫差應(yīng)力太大(60～70 MPa)，易于炸裂剝落。窯皮的導(dǎo)熱系數(shù)約為1.16 W/(m．K)，而堿性磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2.67～2.79 W/(m．K)。當(dāng)襯磚有約150 mm厚的窯皮保護(hù)時，襯磚的熱面溫度可維持在700 ℃左右，襯磚熱面層的膨脹率為0.6%～0.7%，而直接裸露在高溫火焰中的襯磚其熱面層的膨脹率可達(dá)1.5%，由此看來，維持好燒成帶穩(wěn)定的窯皮，是襯磚安全、長久的前提。?

　　另外，由于窯的金屬筒體并不完全是剛性，它存在一定的橢圓度，特別是在輪帶部位，最易發(fā)生變形。燒成帶襯磚主要受熱應(yīng)力、機(jī)械熱應(yīng)力及化學(xué)侵蝕的破壞，襯料選擇時，除要求具有足夠的耐火度、耐化學(xué)侵蝕外，還要求在高溫下易于掛好窯皮，保護(hù)襯料。在窯皮不穩(wěn)定、氣氛變化大、化學(xué)腐蝕強(qiáng)的區(qū)段，應(yīng)采用低熔劑含量的高溫?zé)涉V鉻磚；在有較好的窯皮區(qū)，一般采用高氧化鎂含量的燒成鎂鉻磚；在燒成帶中部，采用低氣孔、高溫機(jī)械性能好的高純白云石磚，它具有抗剝落性和熟料粘附性等特點(diǎn)，易于掛窯皮和穩(wěn)定窯皮。在白水泥窯襯上，為防止鉻、鐵污染，可采用鐵、鉻含量很少的方鎂石尖晶石磚，它是用高純燒結(jié)方鎂石和合成尖晶石直接結(jié)合生產(chǎn)的，耐熱震性極佳。?

2.2.3　過渡帶?

　　過渡帶特別是輪帶附近的過渡帶，承受著磨損、機(jī)械應(yīng)力和熱波動復(fù)合作用，溫度變化頻繁，窯皮不易掛牢，剝落頻繁，尤其是新型干法窯，其溫度更高，襯磚所處的環(huán)境更惡劣。選材時，要針對其損壞特征，選擇合適的襯料。在第2過渡帶(靠近燒成帶一端)，因熱負(fù)荷高，熱負(fù)荷和氧含量波動大，窯皮長，剝落頻繁，可采用特殊性能的方鎂石-尖晶石磚、抗剝落高鋁磚、纖維增強(qiáng)抗剝落高鋁磚、高荷軟磷酸鹽復(fù)合磚等，也可用鎂鉻磚。另外，焱鑫耐火材料廠最新研制成功的A-S型堿性復(fù)合磚，該磚采用天然鎂砂和鎂硅砂為隔熱層與方鎂石-尖晶石磚復(fù)合而成，即由鎂鋁尖晶石(MA)和鎂橄欖石(MS)同模成型后經(jīng)煅燒而成。熱面(工作面)為鎂鋁尖晶石，其熱震穩(wěn)定性好，冷面(非工作面)采用鎂橄欖石，它具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(350℃)、1.13 W/(m．K)，隔熱效果好，這種磚具有耐火和隔熱雙重性能，適于應(yīng)用在新型干法回轉(zhuǎn)窯的高溫過渡帶，由于它的隔熱性能，使該帶因無窯皮或窯皮不穩(wěn)定造成筒體表面溫度過高問題得以解決。1998年，首次試用于山東魯南水泥廠Φ4.0 m×60 m的新型干法窯上的高溫過渡帶獲得成功，使用196 d后仍完好無損。在第1過渡帶(靠近分解帶一端)采用化學(xué)結(jié)合易膨脹的高鋁磚，為提高熱效率，也可采用化學(xué)結(jié)合隔熱復(fù)合高鋁磚，如：抗剝落高鋁磚、高荷軟磷酸鹽復(fù)合磚。在窯的熱工制度穩(wěn)定、使用條件不太苛刻時，用60%～65%的高鋁磚即可。?

2.2.4　預(yù)熱帶和分解帶?

　　由于該帶的熱應(yīng)力和化學(xué)應(yīng)力較小，襯料主要承受堿性氣體和物料侵蝕。襯料應(yīng)采用耐堿隔熱磚、CB20隔熱磚等，它們不僅具有優(yōu)良的耐堿侵蝕性能，同時具有顯著的隔熱節(jié)能性能。在與過渡帶連接的部位宜采用抗剝落磚、磷酸鹽磚及高鋁磚，能更有效地延長其壽命。?

2.2.5　進(jìn)料端?

　　進(jìn)料端，也就是窯尾錐部位，該部位很短，主要承受堿蝕和磨損，襯料可采用定型的致密低氣孔富鋁粘土磚，也可采用整體耐火材料，如高強(qiáng)耐堿澆注料、耐磨澆注料等。?

3　磚型設(shè)計?

　　為便于耐火磚的施工砌筑及運(yùn)輸、儲存管理，目前回轉(zhuǎn)窯磚型普遍采用“VDZ”尺寸(德國水泥工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))和“π／3”尺寸(ISO)。?

　　“VDZ”型磚尺寸小，大小頭楔度小，砌筑時每環(huán)宜采用兩種磚型，可使砌體與回轉(zhuǎn)窯筒體達(dá)到最合理的結(jié)合，避免機(jī)械和熱機(jī)械負(fù)荷的損傷。“B”代號為堿性磚，適宜堿性內(nèi)襯帶，因為它具有較大的膨脹縫，且具有高抗彎性能，因而可使熱膨脹和窯橢圓度引起的應(yīng)力影響大大減輕?！癆”代號為非堿性磚，主要為高鋁、鋁質(zhì)、輕質(zhì)和耐火粘土質(zhì)等耐火磚，適宜非堿性內(nèi)襯帶?！癡DZ”型磚適用于Φ4 m 及以下直徑的窯。大窯采用這種磚型時，每圈磚數(shù)量過大，使砌磚量增大，效率降低，由于大小頭楔度小，又無特殊標(biāo)記，容易砌錯，使窯襯易發(fā)生掉磚事故。因此Φ4 m直徑以上大窯不宜采用此磚型。為了便于選用，德國目前較大的耐火材料公司——雷法公司根據(jù)其用戶使用情況，總結(jié)了多年的經(jīng)驗，推薦不同直徑窯的窯襯厚度、雙楔型磚配砌及磚用量表(即每環(huán)磚中各類楔形磚組合配比)。?

　　推薦磚的高度(即為窯襯厚度)見表2。?

表2　磚高度的推薦值?

推薦磚高度(mm) ?窯直徑(m)

180 ? ? ? ? ? ? ?＜3.6

200 ? ? ? ? ? ? ?3.6～4.2

220 ? ? ? ? ? ? ?4.2～5.2

250 ? ? ? ? ? ? ? ?＞5.2

　“π／3”型磚大頭統(tǒng)一規(guī)定為103 mm，大小頭之差較“VDZ”型增大，且小頭側(cè)附有明顯的凹口標(biāo)記，更適用于大型窯。每圈磚的數(shù)量可以用30×D來計算(D為窯直徑)。?

4　擋磚圈設(shè)計?

　　回轉(zhuǎn)窯一般具有3%的斜度，因此在其本身自重和與筒體的相對運(yùn)動作用下，有向窯頭滑移的趨勢，為了防止這種傾向和減輕作用于窯口圈和窯頭部分的壓力，在靠近窯頭至少需要有一個擋磚圈，以阻止磚襯的這種沖力。窯內(nèi)設(shè)幾個擋磚圈為宜，是因窯的規(guī)格而異，可在出料帶部位外的其它部位設(shè)附加擋磚圈，附加擋磚圈不準(zhǔn)設(shè)在靠近輪帶處，否則在輪帶附近窯橫截面上會產(chǎn)生很大的橢圓變形，導(dǎo)致耐火磚與筒體的損壞。附加擋磚圈可在過渡帶離輪帶至少4 m的地方設(shè)置。?

　　擋磚圈的形式有很多種，德國雷法公司推薦的形式中有一種，筆者認(rèn)為比較適用，這種形式的擋磚圈可稱之為組合式(如圖2)，它是由兩個截面尺寸相同、兩者間距少于一個磚長的兩道擋磚圈組成，由于擋磚圈的寬度稍窄于一環(huán)磚的寬度，而被磚所覆蓋，在其上行端，即背離出料的一面，擋磚圈與其相鄰的耐火磚緊密接觸，因此，來自于這些磚和窯內(nèi)更多磚的推擠力就直接傳遞到擋磚圈上，另外擋磚圈上的磚不需設(shè)計為特殊磚型，可直接采用一般的楔形磚砌在擋磚圈上，從而減少了特殊磚型的用量。在吉林油田水泥廠Φ2.8 m/3.0 m×52 m回轉(zhuǎn)窯窯襯設(shè)計中采用了這種形式的擋磚圈，經(jīng)一年多生產(chǎn)試用后，效果良好。?

圖2　組合式擋磚圈

　　為保險起見，也可在出料帶設(shè)置第二道擋磚圈，應(yīng)設(shè)在離第一道800～1 000 mm距離處。?

5　窯襯的砌筑方法?

　　回轉(zhuǎn)窯是水泥廠中帶耐火襯料運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備之一，但它確是唯一的熱負(fù)荷最大的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，尤其是新型干法窯，如大型預(yù)分解窯，窯的轉(zhuǎn)數(shù)常達(dá)180～200 r/h，甚至達(dá)到240 r/h，窯襯承受著較大的熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷和化學(xué)侵蝕，因此窯襯砌筑質(zhì)量的好壞，極其重要。?

　　回轉(zhuǎn)窯襯砌筑方法大致可分為四種：頂杠法，粘結(jié)法，拱架法和螺栓法。其中拱架法又可分為簡單支架(人工法)和機(jī)械或氣動(機(jī)械法)操作支架兩種，這兩種砌筑方法在整套窯襯砌筑過程中不需轉(zhuǎn)窯，砌筑區(qū)段長度不限，適于大直徑的窯和直徑或襯厚變化的窯，但每一環(huán)的鎖磚較復(fù)雜，砌上半圈時，砌磚工要在超過頭頂?shù)奈恢霉ぷ?，因此要求砌磚工有較好體力和熟練的技術(shù)方可完成。目前國內(nèi)應(yīng)用較少。?

　　螺栓法是將螺栓先焊接在窯筒體上，然后通過槽鋼將火磚牢固地把在筒體上，砌完后，螺栓不能從筒體上摘除，因此，在螺栓附近由于窯襯的相對運(yùn)動，可能發(fā)生破壞。這種方法國內(nèi)也不常用。?

頂杠法和粘結(jié)法是目前國內(nèi)常用的砌筑方法，其中頂杠法最為常用。我院設(shè)計的幾個回轉(zhuǎn)窯工程均采用頂杠法，砌筑效果良好。?

5.1　頂杠法?

　　頂杠法也稱絲杠法(如圖3)，主要適合于小型和中型窯(窯徑≤4 m)，對于大窯來講，由于頂杠較長而過于沉重，而且容易壓彎造成危險，任何時候采用這種砌筑技術(shù)都需要在頂杠腳與磚之間嵌入木板或墊板。鋼腳不能直接接觸于磚上，反之可能造成頂杠滑動或使耐火磚遭到破壞。砌筑時從窯圓周的下半部分開始砌磚，砌磚方向與窯回轉(zhuǎn)方向相反。頂杠之間距離取決于窯徑的大小，如對于Φ4 m窯，可沿軸向0.8～1.0 m間距設(shè)置。?

5.2　粘結(jié)法?

　　就是將耐火磚用粘結(jié)劑在窯筒體環(huán)向粘貼在事先劃好的粘貼區(qū)段上，與干砌磚(也可用膠泥砌筑)交替砌筑。它適用于任何直徑的窯，砌筑時與頂杠法一樣，從窯筒體下半部位開始砌筑，砌筑方向與筒體回轉(zhuǎn)方向相反(見圖4)。粘結(jié)區(qū)域的數(shù)量取決于窯徑的大小，窯徑小于Φ4 m的窯可設(shè)5個粘結(jié)區(qū)，窯徑增大時，可增設(shè)6個或更多個粘結(jié)區(qū)。目前廣泛使用的粘結(jié)劑是由環(huán)氧樹脂或聚丙烯酸酯樹脂組成的雙組分粘結(jié)劑，也就是樹脂與硬化劑平時分開存放，使用時按固定比例調(diào)配，嚴(yán)格按說明混合，特別是要劇烈混合和不超過保存期，在規(guī)定的時間內(nèi)將調(diào)配好的粘結(jié)劑用完。在砌筑前，必須嚴(yán)格清潔筒體，去除塵土、油污和水分，以保證粘結(jié)劑與筒體以及耐火磚良好的粘結(jié)，為便于清潔，可采用鋼刷或砂輪。清理完畢后，可用粉筆在窯筒體上標(biāo)出“粘結(jié)條帶”——與粘結(jié)劑相粘結(jié)的一排耐火磚。每一粘結(jié)條帶每圈大約有6排磚，為確?！罢辰Y(jié)條帶”區(qū)內(nèi)磚與筒體之間有足夠的強(qiáng)度，必須讓接觸粘結(jié)劑的磚面保持干燥。若窯襯采用火泥砌筑時，建議在有粘結(jié)劑的磚與有火泥縫的磚之間干砌一排磚(即縫中沒有火泥)，以避免泥漿流入粘結(jié)區(qū)影響粘結(jié)強(qiáng)度。另外，由于在所有的砌筑方法中，徑向膨脹均不得大于2 mm，為此，在粘結(jié)劑未產(chǎn)生強(qiáng)度以前，應(yīng)確保粘結(jié)劑的磚不受任何機(jī)械負(fù)荷。?

6　膨脹縫的留設(shè)?

　　由于火磚熱膨脹和回轉(zhuǎn)窯橫向橢圓變形(橢圓度)均會引起應(yīng)力，所以在窯襯設(shè)計時必須留設(shè)膨脹縫，膨脹縫的大小可視耐火磚的性能和砌體所承受的溫度來決定。通常取磚熱面最高溫度時的理論膨脹量的50%～100%作為膨脹縫的數(shù)值?；剞D(zhuǎn)窯的膨脹縫有三種：徑向縫、環(huán)向縫和縱向縫(如圖5)。徑向縫一般是在砌磚前先鋪一層底泥(火泥)