延長回轉窯窯頭耐材壽命技術改進

趙 永，邊洪波，焦東明

(淄博鐵鷹鋼鐵有限公司，山東 淄博 255000)

自2004年7月投產以來，淄博鐵鷹鋼鐵有限公司年產60萬t鏈篦機——回轉窯球團礦生產線，由于工藝技術、設備等原因，回轉窯窯頭耐材的使用壽命一直不理想，在近期使用中，回轉窯窯頭耐材使用壽命最長僅為6個月，有時還不到4個月，常常會出現耐火材料的開裂，過早損壞，甚至脫落，嚴重影響了球團礦生產的順利進行。針對上述問題，從回轉窯窯頭耐火材料的選擇，窯頭耐材產生裂紋、脫落的原因分析入手，對回轉窯窯頭耐材的壽命延長進行了一系列的技術改進。

1 窯頭耐火澆注料

耐火澆注料的質量是提高回轉窯窯頭耐材使用壽命的基礎，表征其質量優劣的一個最重要指標就是耐火度[1](也稱最高使用溫度)。在相同條件下，質量好(耐火度高)的澆注料要比質量差(耐火度低)的澆注料耐用。通過進行質量性能比較，筆者選用了山東魯銘高溫材料科技有限公司生產的棕剛玉-莫來石耐磨澆注料，其質量指標見表1。在使用最高溫度為l 550 ℃的莫來石澆注料時，其使用壽命僅為3～5個月；改用最高使用溫度為1 780 ℃的棕剛玉-莫來石澆注料時，其使用壽命達到了12個月，是原用耐火澆注料使用壽命的3倍多。

表1 棕剛玉-莫來石澆注料質量指標

2 窯頭耐火澆注料施工質量

窯頭耐火澆注料施工質量是保證其使用壽命的一個很重要的環節，包括料和水的合理配比、錨固鉤材料的合理選用和改進錨固鉤的結構等。

2.1 料和水的合理配比

現場施工中水的配比非常關鍵，在現場澆筑時，應使用強制攪拌機將澆注料攪拌1～3 min，待攪拌均勻后，加水進行混濕，加水量按質量比(料∶水=100∶(5.0～6.0))即可，混濕1～3 min即可進行振動澆筑施工[2]。

攪拌耐火材料用水應采用潔凈水，其pH值為7～8。攪拌好的耐火澆注料應在30 min內澆筑完，方可達到材料的最佳性能[3]。

2.2 錨固鉤材料的合理選用

為解決窯頭耐火澆注料損壞過快的問題，曾一度出現過鋼纖維耐火澆注料，即在打澆注料時，將碎鋼絲按廠家要求混合在澆注料中一起攪拌，然后灌注。成型脫模后，澆注料中便均勻地分布著碎鋼絲的骨料，以增強耐火澆注料自身的機械強度，這種耐火澆注料即稱為鋼纖維耐火澆注料。但由于這種澆注料對緩解其保護層的損壞作用不明顯，同時給施工帶來不少麻煩，因此近來使用的較少。現在窯頭耐火澆注料多采用耐熱不銹鋼錨固鉤做焊接骨料，此材料考慮了與母材相當的耐蝕性能和耐熱性能。

為了增強耐火澆注料自身的機械強度，本公司回轉窯錨固鉤采用的是固溶溫度為920～1 150 ℃、熱處理溫度為850～930 ℃的不銹鋼1Cr18Ni9Ti材質。因窯頭圈鐵采用的材質為Q235，而不銹鋼1Cr18Ni9Ti錨固鉤與Q235焊接，符合奧氏體與異種鋼對接焊縫的合金含量最好不低于奧氏體側母材的含量要求，同時焊條型號改為A307，這樣錨固鉤的焊接質量得到了進一步優化。

2.3 錨固鉤結構的有效改進

窯頭錨固鉤原來采用拋光的耐熱不銹鋼制作，直接焊接在窯頭圈鐵上，錨固鉤在耐火材料澆筑完畢投入使用后，受到熱膨脹，由于無膨脹空間，因而影響耐火材料的使用壽命。為此，筆者采用在錨固鉤制作完成后，套上直徑為10 mm的蛇皮管，消除了錨固鉤受熱無膨脹空間的弊端。實踐證明，錨固鉤結構的改進解決了窯頭耐火澆注料損壞過快的問題，對延長其使用壽命也起到了很好的作用。改進后的錨固鉤結構如圖1所示。

圖1 改進后的錨固鉤結構

3 機械應力、熱應力和化學侵蝕對窯頭耐材的影響

對回轉窯運行實踐的結果表明，機械應力、熱應力和化學侵蝕是造成窯頭耐材損壞的3種基本方式[4]。機械應力是由于筒體變形和磚的熱膨脹作用引起；熱應力是由于過熱和熱震作用引起；化學侵蝕是由于熟料硅酸鹽以及堿鹽的侵蝕作用引起。其中，機械應力是最為重要的損壞因素[5]。

為有效降低機械應力，筆者曾先后試用過低碳鋼、不銹鋼和鎳鉻鋼等材料制成的窯頭筒體和筒體護板，其組合不少于十余種，但實際的使用效果一直都不佳。造成此現象的主要原因是窯頭筒體受長期高溫焙燒的影響，加上各焊接件在使用過程中受熱變形不均，最終導致窯頭耐材隨著窯頭圈鐵的變形產生了裂紋，時間一長窯頭耐材極易脫落。針對上述問題，采取了如下改進措施。

1)改進筒體窯頭結構。為保證結構的可靠性，將原來由153個零件組裝的筒體窯頭改為由12件半徑為2 045 mm的護板組成的筒體，并把密封筒改為噴淋水冷卻筒，使筒體降溫；原伸入熱煙室內的筒體長度由1 100 mm縮短為550 mm，以減少熱傳導。

2)加強筒體窯頭護板結構強度。一般的窯頭結構由筒體、護板(見圖2)和澆注料組成，筒體、護板兩者由4顆螺栓聯接固定在一起形成整體。實踐證明，筒體窯頭變形大、護板螺栓松動是澆注料脫落的重要原因。為了加強筒體窯頭護板結構強度，設計制作了108件不銹鋼增強錨固鉤，焊接在窯頭護板上，增大了耐材與窯頭鋼構件的連接面積和強度。錨固鉤與窯頭鋼構件的連接如圖3所示。

圖2 護板結構

圖3 錨固鉤與窯頭鋼構件的連接

3)改進窯頭密封效果。在燒結礦煅燒工藝過程中，窯頭所處位置極為特殊，并且隨窯體快速轉動，遭受溫度冷熱更替快速變化的影響，該部位的密封是生產中需要重點關注及維護的部位。原魚鱗片安裝采用螺栓緊固后，用鋼絲繩拉緊，長時間運轉后，受高溫影響，鋼絲繩松動、失效，造成魚鱗片松動，起不到窯頭密封的作用。為保證窯頭密封的效果，對窯頭的魚鱗片進行了改進：魚鱗片增設環狀鐵環，并加裝拉簧裝置，如果出現松動，可以調整拉簧來對鋼絲繩進行拉緊，保證窯頭密封效果。

4)改進窯頭冷卻效果。設備長期使用后，其冷卻效率有所降低，為此，在不影響回轉窯轉動的前提下，對現有的冷卻風支管進行了加長，使冷卻風機產出的風能夠及時進入冷風罩內，以對窯頭部位進行均勻冷卻，保證窯頭的冷卻效果。

4 結語

經過上述全方位優化改進后，窯口澆注料使用壽命實現了質的飛躍，非計劃更換情況基本杜絕。耐火材料使用壽命由原來的4～6個月延長到了6～8個月，在降低了備件加工成本的同時，延長了生產設備的運行時間，使球團礦的產量和質量得到了提高。

[1] 陳春燕. 回轉窯耐火磚的砌筑與使用[J]. 科技創新導報，2014(1)：102.

[2] 張志勇. 回轉窯耐火磚的使用和維護經驗[J]. 新世紀水泥導報，2008(2)：38-40.

[3] 顧主德. 特種耐火材料[M]. 3版. 北京：冶金工業出版社，2012.

[4] 韓行祿. 不定形耐火材料[M]. 2版. 北京：冶金工業出版社，2014.

[5] 杉天清(日). 鋼鐵用耐火材料[M]. 北京：冶金工業出版社，2007.