摘要:
大连小野田水泥有限公司是一条带RSP型分解炉和五级双系列旋风预热器的新型干法生产线，原设计能力为日产熟料4000t，近年来随着设备改善和管理水平的提高，熟料产量也逐步提高，达到了4500～4650t/d。但窑口冷却带、窑燃烧器（喷煤管）下部耐火材料使用寿命仅有4~6个月；日常运转中，在窑的上过渡带，约40~50m部位，还经常出现后结圈，严重的影响了窑运转率及安定运转。作者介绍了瑞法塔公司崭新的施工理念和含SiC成分的硅铝系列耐火砖、不定形浇注料的使用前后，使上述问题点的得以改善实例。
关键词
游离式锚固件；R-2000耐火砖；PF-97-H浇注料；Flluid-Cast-98浇注料
1、引言
我公司回转窑型号是Φ4.6m×72m，有三挡支撑装置；使用的燃烧器是日本小野田设计的三通道Ⅱ型喷嘴。自1992年投产到2002年11月以来，窑口部和燃烧器不定形耐材，一直使用某日本公司的尖端高氧化铝质浇注料；窑口部冷却带耐火砖，从镁铬砖、尖晶石砖、高铝砖、无铬砖等不同材质及型号的日本、欧洲知名厂商生产的砖，全部都曾试验过，但使用的结果一直不是很理想。窑口部耐火砖、浇注料脱落；燃烧器下部因气流的冲刷，致外流烧损等故障频发。
2002年11月，根据越南gisonn工厂和中国秦皇岛浅野工厂的使用实际（浅野工厂是中国最先使用瑞法塔公司耐火材料的厂家），我公司也导入了瑞法塔公司耐火材料。通过这几年的使用，已很好的掌握了这种耐火材料的特性及独特的施工方法，极大地延长了窑的运转周期。
2、窑口部浇注料使用履历、施工方式及实际状况
2.1、使用履历
窑口浇注料经历五个阶段的变更，见表1。
表1窑口浇注料使用履历
前四个阶段的浇注料材质是高氧化铝质材料，使用寿命最多6个月。个别时候（因其他原因，窑故障频繁时），3－4个月就可能出现磨损、剥落。
2.2、高氧化铝质浇注料施工方式及使用实际说明
2.2.1、施工方式
首先，锚固件的选用和排列。形状：X型；材质：SUS310（日本标准，约等同于中国标准1Cr18Ni9Ti）；直径：Φ19mm；排列：均匀交差排列，如图1所示。
图1：X型锚固件
施工时，每两块窑口铁同时施工，将事先做好的模板安装就位，注入浇注料后，用振动棒振捣，分20次才能施工完毕，如图2所示。
2.2.2、实际状况
（ 1 ） 耐熟料的冲刷性不足，磨损较快。当锚固件头部露出后，受窑口高温及碱性气体等有害成分的侵蚀，导致浇注料内部组织疏松，出现裂纹，磨损、剥落加剧。
（2）挡砖圈上部浇注料磨损、剥落较快，和窑口第1环砖之间形成明显的“V字”形，导致砖的磨损加剧。
表2：窑口耐火砖使用履历
（3）当挡砖圈上部浇注料脱落后，热量直接通过挡砖圈传递到周围的窑体上，使窑体局部变形，更加缩短了耐火砖及浇注料的使用寿命。
如图3所示，使用5个月后的状况图。
图3：使用5个月后状况
3、窑口耐火砖使用履历、改善项目及使用实际说明
3.1、使用履历
自92年投产以来，我们使用了许多国外不同种类和型号的品牌耐火砖，而且也从设备面（如挡砖圈等）、施工面等，进行了不断地改善、变化，但在我们使用瑞法塔公司的产品之前，窑口耐火砖的使用寿命都没有超过6个月。见表2。
3.2、改善项目简介
（1）窑口挡砖圈的变更：主要是位置、高度、宽度及焊接方式的变更。焊接方式的变更，是指一体式焊接，变更为分体式焊接。如图5所示。
（2）窑口胴体的二重冷却能力强化。如图4所示。
图4：胴体二重冷却
图5：挡砖圈分体式焊接方式
（3）镶砖方式变更：主要是从平行方式，改为错缝方式。
3.3、实际状况
如图6所示，我公司窑口砖在2002年前，一直出现这种破损、脱落现象。每次耐火砖脱落的同时，浇注料也磨损、剥落较大。砖和浇注料两者，到底是哪个先出现异常？我们一直无法判断。
图6：窑口耐火砖状况
4、瑞法塔公司系列耐火材料特性及理化指标介绍
4.1、R-2000耐火砖
（1）特性：
Special bricks for outlet zone and coolers of cementkilns. (适用于水泥窑窑口及篦冷机的特殊材质耐火砖)；
·超强的抗磨损性能；
·良好的抗热震性能；
·优秀的抗化学侵蚀性；
·抗结皮性能；
·很高的机械强度；
·热膨胀系数低。
（2）理化指标：见表3
表3：R-2000耐火砖理化指标及比较表
4.2、PF-97-H浇注料
（1）特性：
Ultra-low cement refractory castable, high resistence to the abrasion. (超低水泥耐火浇注料，具有很高的抗剥落性能)
·可以使用在水泥窑系统任何条件苛刻的部位（烧成带除外）
表4：PF-97-H浇注料理化指标
·很高的机械强度；
·超强的抗磨损性能；
·很好的耐碱、氯、硫等化学元素的侵蚀性能；
·很高的使用温度；
·良好的抗结皮性能；
·良好的抗热震性能；
·施工速度快。
（2）理化指标：见表4
4.3、R-2000耐火砖用火泥
（1）特性：
Cement R-2000火泥：Wet refractory cement, air setting,super duty, fireclay. (湿耐火泥，气硬性，)
（2）理化指标：见表5
表5：R-2000火泥理化指标
4.4、Fluid-Cast-98自流料
（1）特性：
Free-flowing refractory castable(自流耐火浇注料)
·用于窑燃烧器的前端1m位置
（2）理化指标：见表6
表6：Fluid-Cast-98自流料理化指标
5、瑞法塔公司耐火材料施工的崭新理念
5.1、“游离式”锚固件的使用
瑞法塔公司的技术人员采用了一种“游离式”锚固件，即在实际运转中，锚固件随浇注料一起，跟随窑胴体的膨胀收缩，做一定量的自由摆动。如图7所示，这种游离式锚固件分为底座和锚固件两部分,底座和窑胴体接触面要满焊；锚固件从底座的孔内插入后，在孔的两侧将锚固件点焊到底座上。焊接程度，只要保证在浇注料施工时，锚固件不倒就行。
图7：游离式锚固件
这与传统的锚固件使用方式，强调如何通过其焊接和直径加大后的刚性强度增大，更牢固的固定在窑体和浇注料内，是两种决然不同理念。
而且，这种锚固件的底座，可以长时间使用，基本是不需要更换，每次只需要更换上部锚固件就行，既节省了作业时间，又降低了修理费。
还有，由于不需要每次切割焊在窑体上的底座，也大大减少了对窑体的损伤。
5.2、窑口第一道挡砖圈位置的变更
按照传统的施工方法，窑口第一环砖，应紧贴在第一道挡砖圈上进行镶砖。但在实际运转中，挡砖圈周围受热应力、机械应力的作用，会损坏与其接触的第一环砖和其上部的浇注料。因此，瑞法塔公司的技术人员又提出了另外一种施工理念。
如图8所示，将窑口第一道挡砖圈作为窑体的周向加强筋来安装，在距挡砖圈200-300mm位置，在窑体上画出窑口第一环耐火砖的镶砖基准线，延基准线焊一圈角钢。把这一圈角钢作为临时挡砖圈来使用，镶窑口第一环耐火砖。
窑口部镶砖完成3-5m后，将角钢打掉，准备进行窑口浇注料的施工。这样同一材质的浇注料和耐火砖充分接触，减少了机械应力作用时的相互抵抗和运转中热应力不同时的相互抵抗，延长了浇注料及耐火砖的使用寿命，如图9所示。
图8：挡砖圈安装及角钢的焊接 图9：浇注料施工前，角钢应打掉
5.3、窑口浇注料（PF-97-H）的养生
（1）水分排出孔保证：PF-97-H浇注料施工时，不需要模板的覆盖，可随干随砖窑。每浇注完一块，应在最初的5～10分钟内不断重复用Φ6mm的钢锥，以50mm×50mm的间距，均匀扎出一直贯通到底的孔，以保证水分的充分排出。如图10所示。
图10：水分排出孔
图11：电热扇烘烤
（2）浇注料的烘烤：为尽可能将内部水分排出，最好在浇注料施工结束后，用电热扇烘烤，时间以24小时以上为宜。
６、瑞法塔公司耐火材料在我公司的使用实例
6.1、R-2000耐火砖和PF-97-H浇注料在窑口部的使用实例。
（1）耐熟料冲刷、耐热震性极佳：
如图12、13所示，R2000耐火砖和PF-97-H浇注料使用18个月，磨损量仅为原厚度的1/2。
（2）耐窑口部机械应力的综合性能，要优于碱性砖：
根据我们公司2002年前，试用的各种碱性砖破损、脱落状况看及对目前R-2000和PF-97-H两种材料使用实际看，其耐机械应力的综合性能较好(在此，不做详细介绍)。
6.2、R-2000耐火砖对上过渡带（40～50m区域）后结圈的有效抑制
我公司回转窑的上过渡带约4 0 ～ 5 0 m位置，经常会出现后结圈，导致窑出料波动，影响安定运转。2004年11月，我们在窑49～50m区域试1m的R-2000砖。当时有两个目的，一个是看看R-2000砖对后结圈的抑制效果；另一个是看一下热传导率是否是高于尖晶石砖。从实际使用看，R-2000确实能有效的抑制上过渡带后结圈的生长；而且，从窑体温度曲线看，基本同其前后的尖晶石砖没有什么差别。根据这一实验结果，2006年4月，在窑42～44m和50～52m区域，扩大了R-2000的适用范围，使后结圈得以消除，保证了安定运转。如图13所示。
图13：R-2000砖对上过渡带后结圈的抑制
2.3、PF-97-H和Fluid-Cast-98浇注料在窑燃烧器上的使用实例
在日常运转中，由于窑口部的热震变化及窑内夹杂熟料粉尘的气流对其的冲刷，经常导致燃烧器下腹部和端面损伤。如图14、15所示。
图14：燃烧器下腹部磨漏 图15：燃烧器端面耐材剥落
在2006年，我们通过对燃烧器耐材的改变及施工方法的变更，使窑燃烧器的使用寿命，从4-5个月，延长到6-8个月。主要措施如下：
1）前端1m采用Fluid-Cast-98浇注料施工,两侧形状加粗。如图16所示。
2）前端1m以后～燃烧器的耐材末端，下腹部全部采用PF-97-H浇注料施工。图17，是使用6个月后的燃烧器，下腹部的耐材几乎没有损伤，而且表面形成一层结晶体（图中红圈中青色部位），抑制了熟料粉尘对其的冲刷，体现了其较好的耐磨性。
7、R-2000耐火砖和PF-97-H浇注料传热温度推算
图16:端面的Fluid-Cast-98浇注料（绿颜色）
图17：使用6个月的燃烧器下腹部
瑞法塔公司这两种高耐磨耐火材料，经过我们分析得知，大约含有35%左右的碳化硅成分。因此，在使用时我们很担心其导热系数过大，使窑体受热腐蚀变形，但瑞法塔公司的技术人员却不这样认为，一直坚称导热系数不会超过标准的镁铝尖晶石砖。为谨慎起见，我们委托了日本某耐火材料生产公司，对上述两种材料传热性进行了理论上的计算。
图18所示，是根据我公司窑况及PF-97-H浇注料的实际施工厚度，进行理论计算的结果。
表7所示，是对R-2000耐火砖的传热性理论计算结果。
图18：PF-97-H浇注料的传热计算
注：
①尖晶石砖的硫碱侵蚀，不考虑。如考虑到硫碱等有害成分的侵蚀，窑体的实际温度应比计算结果高。
②R-2000砖，最高温下表面析出一层结晶体，并有很薄的一层窑皮附着，硫碱等有害成分很难浸入，实际温度可能要低于计算值。
实际使用中，通过我们实测窑体温度发现，窑口部因为有窑皮附着，实际温度远远低于计算值，约180～280℃左右；在40～50m区域，窑体温度约370～420℃之间，接近于计算值。
4、结 语
（1）瑞法塔公司的独特锚固件形式，应该值得推广到许多不定形耐火材料的施工中。
（2）PF-97-H高耐磨性浇注料，在冷却机的鼻部及窑口下侧墙等磨损较重，且容易在投料初期发生爆裂的部位，值得推广使用。
（3）虽然R-2000和PF-97-H耐火料含有一定量的碳化硅成分，但其热传导率并不是很高，基本上是接近或低于尖晶石耐火砖的热传导率。
（4）文中例举的这几个重点部位使用实例，也是几个使用条件比较苛刻的部位。应该这些故障、现象等，在目前的4000～10000吨生产线上都会碰到，望能给大家带来一定的借鉴。
作者：时云山1，李靖2，魏继山1
来源：1.大连小野田水泥有限公司
2.瑞法塔(REFRACTA)公司
