1、110大中型预分解窑衬料承受的应力和提高使用周期的措施陈友德 天津水泥工业设计研究院进入 21 世纪以来，我国水泥产量迅速增长，总产量从 2000 年的 5.97 亿吨增至 2006 年的 12.4亿吨。而大中型预分解窑的生产总量增加尤为迅速。从 2000 年的 0.55 亿吨，增至约 6.2 亿吨，窑的规格迅速扩大，2500t/d 级以上规模生产线已投产超过 500 台，5000t/d 级生产线投产已百台，10000t/d 级生产线已有多台投入生产，由于生产线急剧的扩大，再加上煤质的变化，以及环保要求等一系列因素的影响，一些大中型预分解窑在生产过程中，耐火衬料受到不同程度损坏，影响了窑的运转
2、周期，成为制约窑运转率提高的主要因素，现就大中型预分解窑在生产过程中耐火衬料的影响因素，受力情况及缓和措施作一介绍（图 1）：图 1 烧成系统装备1 提高大型预分解窑耐火衬料使用周期的意义我国新型干法水泥的产量高居世界首位，不足之处是总体生产的热耗偏高，我们曾对国内新型干法生产线的生产状况进行批量统计，其结果是平均生产热耗与日测试热耗的比值为 1.13，而国外发表的资料为 1.078，二者相差 0.052，现将我国最为先进的 5000t/d 级生产线来比较，日测试热耗为 2970kJ（710kcal/kg）年平均生产热耗为 3354kJ（802kcal）/kg，而同一级别国外的 5 级预分解窑
3、，日测试热耗 2928kJ（700kcal）/kg，年平均生产热耗为 3156kJ（775kcal）/kg，二者相差 196kJ（47kcal）/kg，至于其他级别的生产线，差别就更大了，这个差别意味着每公斤熟料多消耗 6.7kg 标煤，多排放了 16.8kg CO2，按 2006 年新型干法熟料 5.2 亿吨计算年多消耗 348.4万吨标煤，多排放 871 万吨 CO2。111年平均生产热耗与日测试热耗的比值愈高，意味着窑的运转率愈低，停窑时间长，设备事故多，生产操作中生料、燃料不稳定造成生产波动大，从窑的运转率来看，生产线在试运转阶段，装备的机械事故是造成运转率低的主要原因，而生产线运转正
4、常后，因耐火衬料事故造成的停窑检修则逐步提高，占有相当大的比例，此外日测试热耗稍高也有耐火衬料造成散热损失偏高的影响，若能在较短的时间内通过耐火材料性能的提高，将我国预分解窑生产线年平均生产热耗与国外差距缩小25%，也就是意味着节约 49kJ（12kcal）/kg，则每公斤熟料少消耗 1.68kg 标煤，少排放 4.2kg CO2，按年 5.2 亿吨计算，则节约 87 万吨标煤，少排放 2.8 万吨 CO2。这还不包括运转率提高带来产量增加巨大的经济效益。此外运转率提高，则年生产时间增加，若年运转率提高 2%，意味着增加 7.3 天的生产量，对于一台 5000t/d 的生产线，年增产 3.6
5、万吨熟料，而对全国来说，意味着年增加 1000 万吨熟料，相当于兴建 6 条 5000t/d 级生产线，由此带来的经济效益应十分可观。为了提高耐火衬料的使用周期，首先分析烧成系统的衬料所承受的应力，然后从选材、设计、应用上分别采取措施，使耐火衬料在使用过程中发挥其性能优势，减少生产过程中耐火衬料的检修时间，从而提高烧成系统运转率，达到增产、降耗、减排的效果。2 烧成系统内衬料所承受的应力情况水泥生产过程中，烧成系统内衬料主要承受热应力、机械应力、窑料和窑气中的一些化合物的化学侵蚀。这些应力之间在一定程度上有联系，加速了衬料的损坏。2.1 化学侵蚀2.1.1 窑料和窑气中化合物对耐火衬料的侵蚀过
6、程水泥熟料在煅烧过程中，物料从预热器顶部喂入后，从常温逐步加热至 1400左右的熟料烧成温度，而窑气温度从燃烧器前端的 18002000逐步降至预热器顶部的 300400左右，在此过程中，一些化合物挥发在随窑气后逸的过程中温度逐步下降，此时气体与衬料表面接触并经衬料孔隙渗入内部损坏衬料。当化合物降至其熔融温度时，气相转为熔融液相，沉积在窑料内，随窑料逐步加热，当温度加热到合适的温度时，一些低熔的液相物料与逐步加热的生料一起，附着在烧成系统耐火衬料的表面，此时液相中的各种化合物渗入衬料内的孔隙中，其量逐步增加，最终将孔隙充填，此时衬料容重、孔隙率、冷破碎强度、热膨胀率、热传递系数、弹性系数等物理
7、性能均将改变，耐火衬料的使用周期缩短，但是渗入到衬料内的碱、氯硫等有害化合物则不仅产生上述物理性能的变化，而且与衬料成份作用，生成低熔融温度的新化合物，这些化合物不仅熔融温度低，而且体积较衬料原有体积增大，造成衬料剥落损坏。2.1.2 碱等挥发性组分的侵蚀及其影响112硫、氯、硫化合物的挥发和融熔温度均在熟料煅烧过程温度的范围内，在生产过程中，富集的程度和入窑原燃料的成份相比，碱（R 2O） 、硫（Cl -） ，分别为 5、35 和 80100 倍。当 R2O 和 Cl-富集超过窑料的 1%和 0.01%，不仅影响生产，还对不同种类的耐火衬料产生较重的腐蚀。2.1.3 碱、氯、硫等有害成份对耐
8、火材料的作用2.1.3.1 碱、氯、硫等有害成份内的熔融和挥发温度常见的碱、氯、硫等化合物的熔融温度和挥发温度见表 1。表 1 碱、氯、硫等化合物的熔融温度和挥发温度化合物 K2O Na2O Na2SO4 K2SO4 CaSO4 KCl NaCl CaCl2 K2CO3 Na2CO3熔融温度 350400884 1069 1050 776 801 772 871 891挥发温度 1275 1589 1500 1403碱氯硫化合物与耐火衬料起化学反应后，熔融温度普遍下降，体积增加致使衬料剥落。主要的复合化合物的熔融温度见表 2。表 2 碱、氯、硫化合物的熔融温度复合化合物 NAS2 KAS2 K
9、AS6 K2SO42CaSO4熔融温度， 1223 1594 1500 8762.1.3.2 碱、氯、硫的化合物与耐火衬料的主要作用和反应生成物见表 3。表 3 碱、氯、硫与耐火衬料的主要作用和生成物硫酸盐（硫化物） 氯 碱碱性砖 反应 C2S、C2MS 2、CMS、KFeS 2 渗透 反应、渗透、KFeS 2高铝质 反应、CaA 3SO3 渗透 反应、KAS 4、KSS 6金属 反应 Cr2S3 催化反应 反应、与铬反应2.1.3.3 碱硫比（ASR）碱硫比的大小，反应出碱硫在窑料和窑气内存的型式和对耐火衬料的侵蚀类型。硫碱比的计算公式： 2.18080/71/9462/3合 适 的 碱 硫
10、 比 为SOClKNaASR碱硫比的侵蚀类型ASR 1KCl+K2SO4 KCl+K2SO4 KCl+K2SO4113SO3游离 K 2O 游离2.1.4 碱硫氯对不同类型的耐火衬料的作用2.1.4.1 碱过剩侵蚀 ASR1高铝质衬料碱对30% Al 2O3碱与粘土制品中的 Al2O3SiO2作用，生成 KAS4或 NaAS2碱、铝、硅等矿物，体积膨胀超过20%以上，此外 -Al 2O3与碱作用后，生成 -Al 2O3体积膨胀损坏衬料。近年来的一些研究资料表明，当 30%Al2O380% Al2O3当温度超过 1200时，Al 2O3与碱作用，生成少量的 KAS4（石榴石）和 KAS2体积增加
11、 17-20%，衬砖损坏。与镁质制品氧化气氛碱盐气体存在氧化气氛的窑气内，则侵蚀镁铬砖，使 CrO3挥发，在镁铬砖的热面，砖体结构发脆损坏，而在 9761071的冷面，黄色的碱铬盐沉积使砖体的物理性能发生变化，损坏制品。一般说来，MA 尖晶石抗碱侵蚀远远高于铬，但在高含量的过剩碱作用下，碱与 MA 尖晶石也起作用，生成碱铝化合物和 MgO，损坏衬砖。还原气氛在还原气氛下，烧结镁颗粒和铬矿石内的氧化铁（MgFe 2O4和 Ca2FeO5）还原成二价的氧化铁，嵌入 MgO 晶格内，生成混合体使火砖颜色漂白和发亮，其结果使方镁石晶格出现空穴，使其连接变弱，此时，晶格极易遭受化学侵蚀。连续还原称之为碳
12、剥落，其过程是当碳微粉沉积在氧化铁颗粒面上，和砖内的氧化铁产生还114原作用，生成新的矿物使结构损坏，造成砖体剥落。合成烧结氧化镁制成的高等级的尖晶石镁砖，对还原气氛特别敏感。在煅烧工业废弃物燃料时，因燃料及颗粒大小不一致的影响，在煅烧过程中，很易出现氧化还原（REDOX）状况，使耐火衬料内的成份频繁变化，其体积也频繁地膨胀和收缩，最终使砖体剥落损坏。2.1.4.2 硫过剩侵蚀 ASR1400，国外个别工业化国家的平均熟料煅烧温度超过 1440。熟料煅烧温度提高，意味着 C3S 含量增加，熟料强度增加，对衬砖的热应力相应增加。2.2.2 易烧性易烧性是指生料转变为所企望的熟料相成份难易的程度，
13、通过原料的化学成份、矿物性能和细度来确定，现将多次优化的 F.L.Smidth 公司的易烧性公式表述如下：fCaO 1400=0.343(LSF-93)+2.74(n-2.3)+0.83Q45+0.10C125+0.39R45式中 fCaO 1400：1400时煅烧 30 分钟后的游离氧化钙。LSF：% CaO/(2.8%SiO 2+1.18%Al2O3+0.65Fe2O3)n：% SiO 2/% Al2O3+%Fe2O3Q45：45m 的粗颗粒石英C125：45m 的粗颗粒石灰石R45：45m 的其他酸性不溶矿物（长石等）方程式前半部分表示生料化学性能所起的作用，后半部分则表示生料中不同矿物
14、的细度肘易烧性所起的作用，fCaO 1400的数值愈低，则烧成带火焰温度相应低些，fCaO 1400的数值愈高，为降低熟料中 CaO 的含量，除了增加烧成带的火焰温度。还增加烧成带高温部位的长度，此时，熟料内的一些低熔点矿物液相量进一步增加，通过窑皮渗入到衬砖内，造成液相渗透对衬砖的损坏。国内有些生产厂的 SiO2易磨性差，大于 45m 的粗颗粒多，在生产过程中，为降低 fCaO。相应提高煅烧温度，易使液渗入衬砖内影响了衬砖的使用寿命。2.2.3 液相在熟料煅烧的过程中，熔剂矿物在熟料内生成液相，液相对熟料及窑皮的形成和衬料的损坏，有着密切的关系，影响液相性质的有液相量、液相表面张力、液相粘度
15、及液相温度。1172.2.3.1 液相量液相量计算公式为：L1450=3Al 2O3+2.2Fe2O3+MgO+R2O+SO3熟料矿物中，液相的数量不仅影响到熟料的结粒，也影响着窑皮的生成和液相对衬料的侵蚀。总的说来，液相量过多，易挂厚窑皮，且较致密，熟料易结球，易磨性差，对生产不利，液相量过少，不易挂窑皮，易造成火焰对衬砖的损坏，合适的液相量为 2328。2.2.3.2 液相表面张力液相表面张力影响着窑料挂窑皮，窑料的液相表面张力高，不易和砖面粘结，降低挂窑皮的附着力，不易挂窑皮。液相表面张力与元素外层电子的负电性有关，K、Cl、S 的表面张力值较低，不利于结粒，但有利于粘挂在衬砖表面上，形
16、成窑皮和结皮。此类矿物，渗入到衬砖内、与砖内成份作用，生成低融熔化合物而损坏衬砖，而 Mg、Al 等元素的表面张力值较高有利于结粒，但不利于挂窑皮。液相表面张力与温度有关，随着温度的升高。液相表面张力值有所下降。2.2.3.3 液相粘度不同成份熟料的液相粘度值是不同的，一般说来，液相粘度值减少易结粒，C 2S 和 fCaO 易在液相内移动通过液相桥形成 C3S。粘度值低。不易挂窑皮、易损坏耐火砖。液相粘度与温度有关，随温度上升而下降。资料所示，在生产普通硅酸盐熟料时，若液相温度增加 93，液相粘度降低 70%，此时对生成 C3S 有利，而对耐火砖易造成熔融凹槽侵蚀。液相粘度随铝氧率增加而增加，
17、提高铝氧率，相应增加液相粘度，不易结粒，易损坏耐火砖。反之，增加 Fe2O3含量，降低铝氧率，有利于结粒，但易出现对耐火砖的熟料液相侵蚀。2.2.3.4 液相温度液相形成的温度，与物料成份有关，液相温度影响液相表面张力和粘度等性能。液相温度与液相对衬料的扩散有直接的关系，液相温度愈高，则对衬料扩散愈快，对衬料侵蚀加剧（图 6） 。118图 6 表明，窑料形成的液相温度1400较液相温度30 窑皮难以形成，Aw33 挂窑皮无困难，Aw40 易形成大块熟料和结圈。2.2.5 烧成带热负荷水泥熟料在生产过程中，烧成带内衬砖长时间的承受火焰和高温熟料的热负荷而损坏，热负荷一般用烧成带单位截面产量（t/
18、d.m 3）每小时所承受的热最来表达。烧成带热负荷愈高，相应衬砖受熔融凹槽侵蚀和液相侵蚀增加，每一种衬砖都有其最大的单位热负荷值，现有耐火衬料所承受的最大烧成带热负荷为 5.8106kcaI/m2.h，此值随着技术进展，相应有所提高。水泥窑的产量随直径的三次方增加，而烧成带截面是直径平方增加，随着窑产量的增加，烧成带的截面热负荷已成为一个关键参数：119烧成带热负荷= 烧 成 带 净 直 径 面 积烧 成 带 热 输 入现将不同产量的预分解窑烧成带热负荷计算值列表如下（表 4）：表 4 不同产量的预分解窑烧成带单位截面热负荷单位 1 2 3 4窑产量 t/d 1200 2500 5000 10
19、000窑径 m 3.2 4.0 4.8 6.0火砖厚度 mm 180 200 220 220有效截面 m2 6.334 10.179 14.930 24.279单位热耗 kcal/kg 800 750 720 700单位热负荷 106kcal/kg 2.526 3.111 4.019 4.805产量增加 10%，热耗增加 5% 106kcal/m2h 2.959 3.593 4.642 5.550从计算结果来看，烧成带单位截面热负荷，随产量增加而增加，大型窑烧成带选用衬砖时，必须选择抗热负荷较高的衬砖。2.2.6 热震窑运转时，在不稳定窑皮的过渡带，烟气温度约 1800，窑料温度在 1300以
20、上，二者温差约 500600，窑每转一圈，衬砖就受温差造成的热震应力的作用，并随窑的回转而积累，最终导致衬砖损坏，频繁停窑及窑皮坍跨造成衬砖直接暴露在热烟气中，则温差更大，对衬砖造成的热震损坏更严重。2.3 机械应力水泥熟料的生产过程中，衬料与衬料之间，衬料与窑料之间，衬料与金属筒体及衬砌设置的金属件受热膨胀相互之间作用产生应力，造成衬砖损坏，称之为机械应力。回转窑内机械应力主要有：回转窑筒体在回转时，筒体椭园度变形对衬砖产生的应力（图 7） 、金属档砖圈对衬砖产生的应力（图 8） 、衬砖受热膨胀相互之间作用产生的应力（图 9） 、衬砖在回转过程中、衬砖运转错位产生的应力（图 10） 、衬砖插
21、缝铁板体积产生膨胀对衬砖产生的应力（图 11） 。而不动设备系统内，主要有金属筒体受热变形对衬砖应生的应力。金属托架受热变形对衬砖产生的应力、衬砖受热膨胀相互作用产生的应力、衬体锚固件、锚固钉受热膨胀变形对衬料产生的应力以及熟料和熟料粉尘对衬料的磨蚀等。120图 7 椭园度应力造成的衬砖损坏图 8 档砖圈对衬砖产生的压应力图 9 衬砖之间热膨胀应力121图 10 衬砖错位产生的应力图 11 插缝铁板膨胀应力机械应力主要是金属和衬砖受热膨胀变形产生的，减缓机械应力主要途径是：降低金属温度，减少其膨胀变形，相应减少其对衬体的作用力。衬体砌筑时，预留合适的缝隙以消纳金属和衬体受热膨胀量，进而消除或减
22、少对衬体的作用力。砌筑时在砖缝之间填塞胶泥，避免含尘热气流接触金属筒体受热变形。生产过程中严格防止衬体坍落和磨蚀后热气流直接接触金属筒体等措施。提高衬砖或衬体的抗折强度和抗压强度及弹性模量，增加其抗机械应力的能力。机械应力的种类较多，应结合具体情况来解决，可通过设计、施工、生产操作来减缓热机械应力，另一方面则提高耐火衬砖的质量，增加抗机械应力的功能，但是一些长时间生产的水泥生产装备，都会出现一些金属筒体及衬砌设置的金属件变形而造成机械应力增大的状况，为使生产正常运转，只有进一步提高衬砖的质量和砌筑质量或改变衬料材质来增强抗机械应力的作用。常见的机械应力及减缓机械应力的措施介绍如下：2.3.1
23、回转窑2.3.1.1 窑筒体椭园度应力窑筒体变形是由窑内衬砖的重量、窑料荷重和筒体自身重量的综合因素造成的，在上述重量122作用下，筒体的园形截面变成椭园形。当窑运转时，椭园对耐火砖造成机械应力，椭园度愈大所产生的机械应力也愈大，从生产经验来看，椭园度 值应小于窑径%的十分之一，当超过上式数值后，易引起耐火砖破损（图 7） 。即：1200的部位，应采用 SiC 浸渗高铝砖、抗剥落砖或特种高铝砖，或采用与上述砖性能接近的低水泥高强高铝质耐火浇注料，上述部位的衬料表面温度1200，应采用系列耐碱砖或耐碱浇注料。5.1.6 窑口部位可采用耐磨性能优良的特种高铝质耐火砖和刚玉质耐火浇注料。5.1.7
24、燃烧器外保护衬一般采用低水泥型刚玉质耐火浇注料或特种高铝质耐火浇注料。5.1.8 近年来，随着国内外环保条令的逐渐严格，以及我国装备逐年增大了国外出口，因此在需用材料时，必须注意国内外的环境执行条令，尤其是对一些像镁铬砖、硅酸铝隔热板等对人体有害的耐火材料，应慎重选用。但是必须注意到，各条生产线使用的原燃料成份及性能差别很大，装备经长时期使用后，筒体及壳体变型情况也不一致，因此每条生产线必须按其生产特点及各种应力作用的情况，综合分析判断，针对存在的问题，选用抗生产中出现应力集中的耐火衬料制品，只有这样，才能提高衬料的使用周期。5.2 合理地配置砖型预分解窑系统设备多而复杂，砖型数量多，对制造、
25、管理、施工等工作不利，如何减少砖型，做到设计合理，这是衬料设计工作中的发展方向。1345.2.1 不动设备内衬砖设计首先是尽量减少不动衬墙内的砖型数量，在保证生产正常的状况下，尽量使用耐火浇注料，目前不动衬墙只有园弧形部位的衬体，采用衬砖，即使采用衬砖，也是采用两种砖搭配设计，表 6是常用的 VDZ 系列，设计时可用表中的 H 系列砖来搭配设计，一般的方法是选用 H 系列的二种楔形砖，或用 H 系列中的楔形砖和直形标准砖搭配，这样 H 系列中同一厚度的 5 种砖，再加上直形标准砖，共 6 种砖型通过计算进行搭配，就能满足不同直径的园柱体的设计要求。锥体砖型设计可采用 VDZ 系列的 G 系列和
26、 H 系列砖搭配设计，也就是 5 种 G 型砖和 5 种 H 型砖，再加上一种直形标准砖，共 11 种砖型就能满足系统内所有不同直径的园柱、锥体的砖形设计。表 6 VDZ 型 G 系列和 H 系列和砖尺寸表尺寸，mm砖号 型号a b H l容积 dm2+1G4+1G10+1G16+1G24+1G502G42G102G162G242G50788184881016669727689747168645162595652392302501141241.991.98+1H6+1H10+1H16+1H24+1H502H62H102H162H242H50798184881016769727689737168
27、645161595652391141242302501.991.981355.2.2 回转窑内衬砖设计回转窑的碱性砖的外形尺寸，国内已有标准，与德国标准 VDZ-B 型砖基本一致见表 7，窑内的特种高铝质衬砖，一般与国际标准 ISO/3 砖一致，设计时宜选用。碱性砖和特种高铝砖的外形尺寸主要由材质的膨胀系数和施工因素来确定，表 8 为窑内用于非碱性砖的国家标准（GB/T17912-1999） ，表 5.3 为窑内用于碱性砖的国家标准（GB/T17912-1999） 。从上述二表来看，以砖的高度分成 160mm、180mm、200mm、220mm、250mm 五种，可满足从 2.5m-6m 的预
28、分解窑的全部需求，当一台窑设计时，先根据窑径确定砖的高度，然后在高度内选二种搭配，再加上 2 种插缝砖，最多 4 种砌一圈，因此各种砖只用二种砖和 2 种插缝砖即可，设计可做到砖型少，制造方便，施工管理方便，还有互换性，有利于制造和储备。表 7 GB/T17912-1999 等大端尺寸 103mm 回转窑用砖尺寸, mm外直径 D0，mmD0= b1h)a(2砖号h a/b / 0=1mm 0=2mm每环极限块数 bah2K0体积 cm3A216A316A416A516A716160103/86.0103/92.0103/94.5103/96.5103/98.31981957.73025.53
29、915.35120.07080.91976.83054.63952.95169.27148.959.13691.392118.272154.663213.8962993.83088.83128.43160.13188.6A218A318A418A518A618A718180103/84.0103/90.5103/93.5103/93.5103/97.0103/97.71981970.52995.23941.14992.06240.07064.21989.53024.03979.05040.06300.07132.159.52590.478119.050150.797188.496213.392
30、3332.33448.23501.63537.33564.03576.5A220A320A420A520A620200103/82.0103/89.0103/92.5103/94.7103/96.21981981.02971.43961.95012.06117.72000.03000.04000.05060.26176.559.84089.760119.680151.402184.8003663.03801.63870.93914.53944.2136砖号尺寸 , mm外直径 D0，mmD0= b1h)a(2每环极限块数 bah2K0体积 cm3h a/b / 0=1mm 0=2mmA720A
31、820103/97.0103/97.86933.38000.07000.08076.9209.440241.6623960.03975.8A322A422A522A622A722A822220103/88.0103/91.5103/94.0103/95.5103/96.5103/97.31983050.73979.15084.46101.37040.08028.13080.04017.45133.36160.07107.78105.392.154120.200153.589184.307212.662242.5104160.04236.24290.74323.34345.14362.5A425
32、A525A625A725A825250103/90.0103/92.7103/94.5103/95.5103/96.51984000.05048.56117.76933.38000.04038.55097.16176.57000.08076.9120.831152.505184.800209.440241.6624776.84843.64888.14912.94937.6注 1 0为砖缝厚度，表 9.5.3 同。2 专用锁砖的大小端尺寸 a/b 可平行增大 20mm 或减小 10mm，表 5.3 同。表 8 GB/T17912-1999 等中间尺寸 71.5mm 回转窑用砖尺寸, mm外直径
33、D0，mmD0= b1h)a(2砖号h a/b / 0=1mm 0=2mm每环极限块数 bah2K0体积 cm3B216B41616078.0/65075.0/68.01981944.63474.31969.23520.077.332143.6162265.1B218B318B418B518B61818078.0/65.076.5/66.575.0/68.074.5/68.574.0/69.01982187.72790.03908.64530.05400.02215.42826.03960.04590.05472.086.998113.098161.568188.496226.1952548.
34、3137砖号尺寸 , mm外直径 D0，mmD0= b1h)a(2每环极限块数 bah2K0体积 cm3h a/b / 0=1mm 0=2mmB220B320B420B520B62020078.0/65.076.5/66.575.0/68.074.5/68.574.0/69.01982430.83100.04342.95033.36000.02461.53140.04400.05100.06080.096.665125.664179.520209.440251.3282831.4B222B322B422522B62222078.0/65.076.5/66.575.0/68.074.5/68.5
35、74.0/69.01982673.93410.04777.15536.76600.02707.73454.04840.05610.06688.0106.331138.230197.472230.384276.4613114.5B325B425B525B625B72525078.0/65.076.5/66.575.0/68.074.5/68.574.0/69.01983038.53875.05428.66291.77500.03076.93925.05500.06375.07600.0120.831157.080224.40261.80314.163539.3文中所述的窑内砖型计算，详见国家标准
36、 GB/T17912-1999 回转窑用耐火砖形状尺寸 2000-08-01 实施。5.2.3 衬体的牢固性生产过程中，衬体内衬砖受热、机械应力的作用，造成设备的某些部位衬体出现塌跨现象，衬体的牢固性是衬料设计的一个重要方面。预分解窑生产过程中，衬砖承受各种形式的热、机械应力的作用，窑内衬砖的损坏和掉砖事故的原因是多方面的，除了衬砖和火泥泥浆的选用以及生产操作因素外，在衬砖设计时，砖型、砖缝以及档砖圈的型式和设置部位直接影响衬砖的牢固，上述情况在 3.2 回转窑章节内有详细叙述，不作重复介绍。不动设备衬体设计时，砖型、托砖板、锚固件的型式和设置部位必需考虑周到，详见 3.1 不动设备。不动设备
37、高温处的直墙塌倒的原因在 2.3.2.2 直墙直属筒体变形应力事故中已有详细叙述，解决衬墙倒塌的方法有三种。第一种是在金属筒体内壁的整个表面上，每隔一定间距定位焊接锚固钉圈，用锚固钉连接与之相配的锚固砖，使锚固砖与金属筒体联结在一起，锚固砖与筒体定位固定，138其相邻的平砖就不易掉落。将直墙用楔形砖和标准砖搭配砌成弧面墙，弧面墙受热后不易倒塌。第三种方法是采用耐火浇注料，浇注料可塑性好，能牢固地固定在金属筒体上，目前，设计采用耐火浇注料方式多，一方面可减少砖型数量，另一方面整体性能良好。5.2.4 合理地降低筒体散热损失预分解窑的不动衬墙的外表面积大，见表 9，其单位熟料面积均在 1.51.7
38、dm2/t，因此必须合适的选用硅酸钙板厚度以减少筒体散热损失。表 9 不同规模的预分解窑不动衬砖表面积预热器、分解炉 三次风管 篦冷机 窑门 合计规模m2 m2 m2 m2 m2 d m2/t2500t/d 3027 470 626 163 4296 1.723200t/d 4115 618 688 196 5617 1.755000t/d 7458 925 824 215 9422 1.88回转窑内温度高，烧成带、过渡带部位的筒体表面温度一般在 300380，此部位的筒体表面温度只能靠挂好窑皮来降低，而过渡带末端、则尽可能配用导热系数比碱性砖低得多的特种高铝砖，从生产中得知，此部位的筒体表面
39、温度可降低约 100左右。为降低筒体散热损失，一些生产厂家曾用过凹形砖，衬砖的凹形与筒体接触面设置隔热层，此外在 L/D 较长的窑内尾端设置耐碱隔热砖，上述二种措施在预分解窑大型化过程中，均未推广应用。国内预分解窑系统的散热散失大致为 5000t/d 级约 200kJ/kg.Cl、2500t/d 级的300kJ/kg.Cl。5.1.5 部分设备的衬墙的特种要求在系统设备的部份衬墙设计中，必须解决的特殊技术要求，如大型装备的顶盖、重碱硫氯侵蚀部位的托砖板，需防止气流接触，篦冷机的直角墙体，以及燃烧器的浇注料和锚固钉的配置，都对衬料设计提出了相应的技术要求。衬料设计除了上述 5 项要求外，还必须做
40、到各项设备均有完整的施工图和技术说明要求，材料单、砖型图、施工说明书以及必要的计算资料等，这样才能做到施工合理，从而保证设备的安全运转。5.2.6 衬料设计的发展方向值得注意的一个动向是近年来，国外的耐火材料设计中，大量地应用 CFD 技术，来分析衬料的受力和散热情况，从而采取措施，减少衬料受力和降低筒体散热，延长衬料的使用寿命，相应提139高熟料产质量及降低热耗，使衬料设计更趋合理。5.3 做好施工、维修工作耐火衬料施工质量的好坏，直接影响着衬料的使用周期，施工涉及内容较多，本文不作介绍，仅对易损坏部位的衬料维修注意事项作一简单介绍：5.3.1 减缓热、机械应力对衬体的损坏衬体维修时，衬砖与
41、金属筒体、衬砖与衬砖、衬砖与隔热材料之间预留合适的缝隙以消纳金属和衬体受热膨胀所产生的热、机械应力的作用。此外，在金属筒体与隔热材料、隔热材料与衬砖、衬砖之间的缝隙必须堵塞胶泥，以避免含尘热气流通过缝隙接触金属筒体，致使筒体受热变形对衬砖产生热应力。大面积的衬体应考虑膨胀缝，以减少衬体自身受热膨胀产生的热、机械应力。对于变形较大的窑筒体，为减少椭圆应力，衬砌时，变形较大部位应将火泥填补，衬砖应尽量与圆心对齐，以减少应力。 5.3.2 保证耐火浇注料的养护期耐火浇注料必须有足够的养护期，时间过短则浇注料未达到强度，一些生产厂家为多生产水泥熟料，缩短养护周期，极易造成对耐火浇注料的损坏，不利生产。
42、5.3.3 点火升温应避免筒体椭圆度变形见本文 2.3.1.1 窑筒体椭圆度应力章节。5.4 加强生产控制，减缓各种应力对衬料的作用5.4.1 减缓化学侵蚀系统内衬料的化学侵蚀主要源自原燃料的成份，减缓化学侵蚀的措施在本文 2.1 化学侵蚀段节中有叙述，补充内容如下：原燃料中的碱硫比尽可能控制在 0.81.2 之间的合适范围内，以减少过剩硫碱化合物对衬料的化学侵蚀。原燃料应做好均化及喂料量的稳定，严格控制成份的均匀，避免成份及喂料量变化过大造成窑皮坍跨窑气对衬料的侵蚀。生产过程中，尽量减少窑气气氛的过大变化，减少硫酸盐的分解与 SO2在系统内的循环对衬料产生的化学侵蚀等。5.4.2 减缓热应力系统内衬料承受的热应力主要集中在烧成带、过渡带和窑口部位的衬料，减缓热应力的措施在本文 2.2 热应力段节中有叙述，补充内容如下：
