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水泥回轉窯用耐火磚的磚型和砌筑方式

編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2017-12-06

導讀:窯襯設計需要解決的問題:減少耐火材料的負荷,確保窯襯施工質量,方便窯襯檢修,以達到更大限度發揮材料性能、獲得更佳使用效果的目的。眾所周知,購買了優質的耐火材料,未必一定獲得理想的壽命。在采購優質耐火材料的基礎上,還必須做好窯襯的設計、窯襯的施工、窯襯的使用和維護,才能獲得良好的使用效果。

一、磚型尺寸

水泥回轉窯用耐火磚的尺寸關系到窯襯的壽命。磚的四個尺寸要素是高度h、長度L、小頭尺寸l1、大頭尺寸l2,如圖12-1所示。

耐火磚的高度h決定了窯襯的厚度。一方面,窯襯厚度決定窯襯的重量,影響窯體的變形和襯磚所受的機械應力;另一方面,窯襯厚度又影響窯體表面溫度和散熱損失,決定可被蝕損耐火材料的厚度。如果窯襯過厚,筒體變形大,耐火磚受到的機械應力大,壽命可能降低。如果窯襯過薄,耐火磚稍一蝕損,窯體溫度就超過上限,即該換磚。所以,窯襯過薄或過厚都不利于提高壽命。建議襯磚高度見表12-1。

窯筒內的堿性磚宜采用B型(或稱VDZ型,VDZ為全德水泥協會標準);黏土磚和高鋁磚宜采用π/3型(又稱ISO型,ISO為國際標準化組織的簡稱)。

采用上述標準后,堿性磚單重7-8kg,黏土、高鋁磚單重10kg,便于制造和砌筑。采用VDZ或π/3磚型只用一種曲率半徑小和一種曲率半徑大的兩種磚就可以配出半徑介于兩者之間任何窯徑的用磚,也就是說只用少數幾種磚就可以配置出不同直徑窯的用磚。這樣,就擴大了產品的通用性,有利于減少庫存和降低生產成本。VDZ或π/3磚型的具體尺寸請見原國家建材局生產協調司審定的水泥窯耐火材料使用規程。

二、砌筑方式

1.環砌和錯砌

按照磚縫的不同,水泥回轉窯耐火磚的砌法分為環向和交錯兩種砌磚方式,如圖12-2所示。

筒體用磚以環砌為好。環砌的優點是易砌筑、易拆除,但必須保證磚型和磚縫尺寸滿足要求。如磚縫過大,易于發生窯襯的錯位、變形,甚至抽簽、掉磚等事故。如磚縫過小,襯磚使用中將受過大熱應力而提前損壞。交錯砌法的主要缺點:一是砌筑和局部修復困難;二是對于尺寸和外形不夠規整的磚,砌筑質量不好。目前,只有一些小型回轉窯上維修周期很長的部位還使用這種方法。

2.干砌和濕砌

干砌指主要用鋼板和鎖磚砌筑回轉窯用磚,只是不得以時才使用少量火泥砌磚。濕砌指主要用火泥砌磚,只是鎖磚時才使用鋼板。

一般情況下,堿性磚多使用干砌。特別是白云石磚因容易水化只能使用干砌。干砌的優點是砌筑速度快,但對磚形尺寸要求嚴,襯料整體性差,易于產生應力集中,擠傷磚塊。所以,遇到窯體形狀不規則處,或磚形尺寸誤差產生的空隙,要設法用火泥填平。

一般情況下,鋁硅質材料多用濕砌。因為熱膨脹系數較低,比較容易發生抽簽、掉磚。所以,需要用火泥粘接磚塊,提高襯料的整體性。使用高強磷酸鹽火泥砌筑是提高鋁硅質耐火材料的整體性,防止抽簽、掉磚的有效措施。

三、膨脹縫

1.磚的布置

升溫以后,水泥回轉窯的窯體、耐火磚都會膨脹。但是,鋼板和火磚的熱膨脹系數不同,耐火磚各部位的溫度高低也不相同,這就產生了膨脹差。膨脹差可以產生空隙,致使磚塊松動;也可以產生應力,致使磚塊擠壞。如果磚塊之間不擠緊,就會發生抽簽、掉磚事故。如果磚塊擠得太緊,擠壓力超過了磚的強度,就會使窯襯破壞。所以,既要不抽簽、不掉磚,又要不把磚擠壞,就要講究膨脹縫的留設問題?;剞D窯內,耐火磚的布置如圖12-3所示。

由圖12-3可知,膨脹縫的留設主要是解決不同耐火材料的徑向縫和軸向縫的留設問題。

2.膨脹差異

金屬材料和耐火材料的具有不同膨脹系數,耐火材料熱端和冷端具有不同的溫度。熱膨脹量的計算式見式(12-1),不同材料的熱膨脹系數見表12-2。

從表12-2可知:從磚的冷端來看,黏土磚、高鋁磚的熱膨脹低于窯體;堿性磚的熱膨脹和窯體相當。冷熱端對比來看,大小頭溫差為1000℃時,堿性磚的相對膨脹高達1.2%,高鋁磚的相對膨脹僅為0.75%。因此,黏土磚、高鋁磚更容易發生抽簽、掉磚事故;堿性磚的熱端則更容易被擠壞。因此,為防止抽簽、掉磚,黏土磚、高鋁磚常用火泥砌筑。為防止熱端被擠壞,堿性磚則常用干法砌筑。

式(12-1)是設計膨脹縫的依據。如果熱態下,窯體外殼的膨脹是S殼,襯體熱端的膨脹是S熱,冷端的膨脹是S冷,S熱>S殼,膨脹縫的留設就要參考下式確定。

式中△S——窯襯熱端相對窯體的膨脹差值。

對于堿性磚,大小頭溫差1000℃時,冷端的膨脹和窯體一致,熱端對冷端發生1.2%的相對膨脹。所以,必須用膨脹縫進行補償。對于高鋁磚,大小頭溫差1000℃、小頭升溫200℃時,冷端對窯體發生0.1%的收縮,熱端發生0.7%的膨脹。由于冷端發生收縮,磚和窯體之間出現空隙,熱端相對膨脹只有0.6%,一旦耐火磚的熱端受熱后發生較大收縮,就有可能發生抽簽、掉磚。所以,一般不在窯內鋁硅質耐火磚襯中留設膨脹縫,還要砌緊窯襯。只在鋁硅質整體性耐火材料中留設一定的膨脹縫。

3.曲率直徑

根據如圖12-1所示幾何條件,耐火磚的曲率直徑D和圖中所示耐火磚大頭尺寸耐火磚小頭尺寸l1,耐火磚的高度h之間滿足以下關系。

如用一種磚砌窯:

當磚的曲率直徑大于窯的曲率直徑,砌窯后磚的小頭就會處于擠壓狀態,大頭就會處于放松狀態。升溫中,磚的小頭受到強烈的擠壓。使用中,小頭損耗以后,如磚的剩余部分不能擠緊,就會發生抽簽、掉磚事故;

當磚的曲率直徑小于窯的曲率直徑時,砌窯后磚的大頭處于擠緊狀態,小頭處于放松狀態。升溫中,磚的小頭預留有一定的空間,可以容納熱端的膨脹。使用后,磚的小頭損耗以后,大頭還能擠緊。

從以上可知,理想的狀態是大頭擠緊,小頭適度放松。但為防止“爬坡”,還需在磚的小頭墊薄鋼板條或涂抹火泥。

如果采用兩種磚砌窯,稍多選一些曲率直徑小的磚,稍少選一些曲率直徑大的磚,在磚的小頭墊鋼板或涂抹火泥以留設膨脹縫,也可以實現“大頭擠緊、小頭留縫”。留縫后,務必打足鋼板,以緊鎖襯磚和防止掉磚。

4.膨脹縫的留設

干砌堿性磚時,徑向縫設置為窯長的1%,即在每塊長200mm磚的兩端墊厚2mm的紙板;軸向縫設置為每塊磚約0.1mm。為防止掉磚,5000t/d以上水泥窯也可以不設軸向縫。設置方法:制作厚度1mm、長寬較磚的大面略小的鋼板,用量為磚塊的1/10左右。受熱后,鋼板受壓后變形,可吸收磚的熱膨脹。但是,鋼板氧化又會產生膨脹,固不宜多用鋼板。

從以上可知,磚襯徑向縫的補償作用較強;但軸向縫的補償作用很弱。所以,一些耐火材料企業研制了“柔性”(彈性模量低的)堿性耐火材料,并取得了一定效果。

四、鎖縫磚

為了鎖緊窯襯,需要計算鎖縫磚、鎖縫鋼板的理論用量。計算公式如下。

襯體冷端周長(主磚+鎖磚+鋼板)=窯體內表面周長     (12-4)

襯體熱端周長(主磚+鎖磚+鋼板)=窯體預留周長+(-20-0mm)

從式(12-4)可知,窯襯的冷端周長必須等于窯體的周長,以確保“大頭擠緊”。當“大頭擠緊”以后,小頭周長為窯體預留給襯體的周長-20mm到窯體預留給襯體的周長之間。理想時,可以實現“小頭放松”。

首先,鎖磚的數量應滿足式(12-4)的要求。

其次,對每圈耐火磚,每種鎖磚還要留有1塊以上的富余。

砌窯時,耐火磚的種類、數量已定。如果不能鎖緊襯磚,只能依靠使用鋼板、火泥解決。

總之,“大頭擠緊、小頭放松”只是一種理論,但對實際也具有一定指導意義。如果升溫時磚的小頭擠壞,就要設法增大小頭留縫的寬度。比如,多用火泥或曲率直徑小的磚。如果發生抽簽、掉磚,就要檢查大頭是否擠緊,耐火磚的重燒收縮是否過大,以及火泥的粘接強度是否足夠等。

五、擋磚圈

水泥回轉窯具有3%左右的傾斜度。隨著窯體的旋轉,窯襯有向窯頭下滑的趨勢。

為了防止窯襯的下滑對窯口產生壓力,靠近窯頭處至少需要有一個擋磚圈來承受下滑推力和阻擋磚襯向窯頭運動。如確有必要,也可以設置多個擋磚圈。

但是:

在燒成帶和過渡帶的熱端不能設置擋磚圈。

在分解帶,離輪帶至少4m的地方可以設置附加擋磚圈。

擋磚圈的高度不得超過50mm,斷面尺寸更好為50mm*50mm。

如果高度過低,擋磚圈的面積小,接觸擋磚圈的耐火材料容易被擠壞。

如果高度過高,擋磚圈又會在窯襯減薄后發生氧化,產生膨脹而損壞附近的耐火材料。

在任何情況下,用于擋磚圈的帶凹槽的耐火磚都應該砌在窯頭一邊,不帶凹槽的磚都應該砌在擋磚圈的窯尾一邊,以防止薄弱的凹槽直接承受窯襯下滑的推力而損壞,如圖12-4所示。

以上便是水泥回轉窯用耐火磚的磚型選擇和砌筑方式的全部內容。



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