详解窑炉炉衬耐火材料损毁的8种破坏因素

一般将预分(fēn)解窑窑内分(fēn)為(wèi)4个带，即分(fēn)解带、过渡带、烧成带和冷却带。四带中，烧成带窑衬為(wèi)关键，目前國(guó)内外在预分(fēn)解窑烧成带主要采用(yòng)碱性砖。

热、机械和化學(xué)3种因素构成了窑衬内的应力并导致其破坏。随窑型、操作及窑衬在窑内位置的不同，上述因素的破坏作用(yòng)亦不同。其中起决定性作用(yòng)的是火焰、窑料和窑筒體(tǐ)的变形状况，它们使窑衬承受各种不同的应力。

对碱性砖，具體(tǐ)有(yǒu)8种破坏因素，即熟料熔體(tǐ)渗入、挥发性组分(fēn)的凝聚、还原或还原－氧化反应、过热、热震、热疲劳、挤压和磨刷。但这8种因素对窑内不同带砖衬的破坏作用(yòng)各有(yǒu)不同，现就这8种因素损坏碱性砖的机理(lǐ)分(fēn)别作一简述。

1、熟料熔體(tǐ)渗入

熟料熔體(tǐ)主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF。其中渗入变质层中的C2S和C4AF会强烈地溶蚀镁铬砖中的方镁石和铬矿石，析出次生的CMS和镁蔷薇辉石(C3MS2)等硅酸盐矿物(wù)，有(yǒu)时甚至还会析出钾霞石；而熔體(tǐ)则会充填砖衬内气孔，使该部分(fēn)砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用(yòng)，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分(fēn)解窑入窑物(wù)料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔體(tǐ)渗入贯穿于整个预分(fēn)解窑内，即熟料熔體(tǐ)对预分(fēn)解窑各带窑衬均有(yǒu)一定渗入侵蚀作用(yòng)。

2、挥发性组分(fēn)的凝聚

预分(fēn)解窑内，碱性硫酸盐和氯化物(wù)等组分(fēn)挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分(fēn)的富集。由生产实践，窑尾热级预热器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分(fēn)别比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。当热物(wù)料进入窑筒體(tǐ)后部1/3部位(800℃～1200℃區(qū)段后)，物(wù)料中的挥发性组分(fēn)将会在所有(yǒu)砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以外的相邻组分(fēn)，导致砖渗入层的热震稳定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使砖碱裂损坏，并在热－机械应力综合作用(yòng)下开裂剥落。因预分(fēn)解窑从窑尾至烧成带开始整个无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。

3、还原或还原－氧化反应

当窑内热工制度不稳时，易产生还原火焰或存在不完全燃烧，使镁铬砖内的Fe3+还原或Fe2+，发生體(tǐ)积收缩，而且Fe2+在方镁石晶體(tǐ)中迁移扩散能(néng)力比Fe3+强得多(duō)，这又(yòu)进一步加剧了體(tǐ)积收缩效应，从而使砖内产生孔洞、结构弱化、强度下降。同时，窑气中还原与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀的體(tǐ)积效应反复发生，砖便产生化學(xué)疲劳。这一过程主要发生在无窑皮保护的镁铬砖带。

4、过热

当窑热负荷过高，使砖面長(cháng)时间失去窑皮的保护时，热面层基质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多(duō)孔(一般易发生于烧成带的正火点區(qū)域)，从而不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳，易于损坏。

近年来，在冷却带和过渡带，有(yǒu)不少企业使用(yòng)了硅莫砖，大部分(fēn)硅莫砖的事故是由于过烧造成的，很(hěn)少是其他(tā)原因。硅莫砖主要以碳化硅和莫来石构成，而且碳化硅起着非常重要的作用(yòng)，理(lǐ)论上当温度上升到2500℃左右，碳化硅开始分(fēn)解為(wèi)硅蒸汽和石墨，实际上在窑内还原气氛条件下，碳化硅在1700℃左右已开始分(fēn)解，对硅莫砖构成致命的破坏。

5、热震

当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增(甚至高达上千度)，而使砖内产生很(hěn)大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，后使砖碎裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带區(qū)域。

6、热疲劳

窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可(kě)达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分(fēn)解窑转速為(wèi)3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多(duō)。这种温度升降多(duō)次重复导致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了砖的剥落损坏。

7、挤压

回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用(yòng)。其中，窑的转动、窑筒體(tǐ)的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力學(xué)负荷；砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力學(xué)负荷。此外，衬砖与窑筒體(tǐ)之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑體(tǐ)上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用(yòng)。当所有(yǒu)这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分(fēn)解窑整个窑衬内。

对于紧靠挡砖圈的砖，大部分(fēn)损坏是由于挤压力造成的。國(guó)外某公司专做窑口砖，其使用(yòng)寿命可(kě)以保证3年以上，我们把它与其他(tā)砖作了检测对比，发现其差别主要在高温抗折强度上，而國(guó)内耐火砖的标准根本就没有(yǒu)把高温抗折强度列进去，这一点应该引起耐火砖生产厂家的重视。

8、磨损

预分(fēn)解窑窑口卸料區(qū)没有(yǒu)窑皮保护时，熟料和大块窑皮又(yòu)较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。

实际上，不要以為(wèi)窑口没有(yǒu)窑皮是正常的，在有(yǒu)条件的情况下，保持冷却带有(yǒu)一定的窑皮，不但能(néng)有(yǒu)效保护窑口砖，而且对拓宽窑的操作弹性，稳定产质量都是有(yǒu)好处的。