預分解窯耐火磚砌筑配比失調問題的探討

陳友德，倪金妹，武曉萍，劉薇薇

1 概述

當回轉窯采用同一磚型中的兩種不同尺寸耐火磚進行砌筑時，經常出現每一圈所需耐火磚的計算數量和實際砌筑時的使用數量有差別的情況，造成現場施工時缺少某種型號耐火磚，影響施工進度。為滿足現場用磚需求，往往不得不在現場多準備一些耐火磚，但這樣處理，又會因為磚多了而造成積壓浪費，以上情況稱之為耐火磚配比失調。

近年來，回轉窯的窯徑越來越大，施工現場耐火磚配比失調問題越來越嚴重，現就此問題進行探討，并提出解決辦法，供有關人員參考。

2 耐火磚配比失調計算分析

耐火磚配比失調是指在窯內用耐火磚進行砌筑時，當一圈磚的鎖縫縫隙尺寸大于耐火磚大端尺寸時，則須多配置一塊磚，這種情況就是耐火磚配比失調。為說明問題，本文將一圈磚砌筑時所出現的鎖縫尺寸設為m，除以砌筑的兩種耐火磚中較大耐火磚的大端尺寸A，當m/A值接近或大于1時，就會出現耐火磚配比失調問題。m/A值越大，則配比失調問題越嚴重；m/A值越小，則配比失調問題越少。現將三種不同磚型（VDZB型、ISO型、C型系列磚）的有關配比失調計算情況敘述如下：

為便于說明問題，本文對三種磚型每一環圈所需磚數的計算，按年承接數百臺回轉窯耐火磚砌筑和檢修任務的重慶良友筑爐公司的計算方法進行計算，結果見表1、表2。

表1 H200mm三種標準系列磚鎖磚縫計算值（φ3.4～4.3m）

表2 H220mm三種標準系列磚鎖磚縫計算值（φ4.2～5.2m）

3 造成耐火磚配比失調的主要因素

造成耐火磚配比失調的主要因素有窯的直徑變化和窯筒體因熱機械應力而變形，這兩種因素是不可改變的因素。此外，耐火磚磚形尺寸大小、磚形尺寸精度誤差及磚型形狀等也會對配比失調產生影響。

為便于比較，窯徑變化設為m1/A，磚形大端尺寸變化設為m2/A、磚形尺寸精度設為m3/A、磚型形狀影響設為m4/A。現將上述有關預分解窯在砌筑過程中影響配比失調的因素簡述和比較如下：

3.1 預分解窯窯徑變化影響

3.1.1 回轉窯直徑增大影響（表3）

回轉窯直徑越大，砌筑一圈磚時所需的磚塊數量越多。當窯徑從φ3.4m增大至φ5.2m時，砌筑一圈VDZB型磚時所需的磚塊數量從140塊增至219塊。按國內現有耐火磚生產廠家精度誤差為±1.0mm計算，鎖磚縫縫隙最大累計值從±140mm增至±219mm。將鎖磚縫縫隙尺寸最大累計值m1除以VDZB型磚大端尺寸A（76.5mm），則m1/A值從±1.83增至±2.86。也就是說，同一磚型磚的數量隨窯徑增大而增多，而在同一磚形尺寸精度下，配比失調相應增加。

3.1.2 筒體變形影響

預分解窯在生產運行過程中，耐火磚和金屬筒體均受窯料化學應力的影響，以致于筒體內徑因腐蝕而增大。為了應對筒體內徑不規則的增大變化，通常在進行耐火磚砌筑時，根據現場情況，適當增加鎖磚縫鋼板即可。筒體承受的另一應力是熱機械應力，會導致筒體產生橢圓度變形，在一定程度上影響耐火磚砌筑時配比失調。橢圓度變形越大，則配比失調影響越多。由于各窯所承受的熱機械應力不一，其橢圓度變形也不一致，很難計算橢圓度變形準確數值，只能在考慮m/A值時，按筒體變形大致情況，酌情考慮耐火磚備用系數。

3.2 耐火磚大端尺寸、磚形尺寸精度、磚型形狀影響

3.2.1 耐火磚大端尺寸影響（m2/A）

由表3可以看出，耐火磚大端尺寸增加，則m2/A值相應降低，在一定程度上影響了配比失調數值。以窯筒體φ4.8m為例，VDZB型磚的m2/A值為2.63，C型系列磚為2.18，ISO型磚因大端尺寸為103mm，m2/A值僅為1.42。上述數值表明，磚的大端尺寸越小，則m2/A值越大，越易造成配比失調，這是砌筑時，VDZB型磚配比失調較ISO型磚多的原因。

表3 回轉窯不同窯徑、不同磚型尺寸對配比失調的影響（m1/A、m2/A）

3.2.2 耐火磚尺寸精度誤差的影響（m3/A）

耐火磚尺寸精度誤差累計值對配比失調影響見表4。現國內市場所使用的耐火磚中，國外耐火磚廠生產的耐火磚尺寸精度較高，配比失調問題較少。而國內生產的耐火磚大小端尺寸精度控制值為±1.0mm，計算結果是三種不同磚型的m3/A累計值均＞1.0。此值表明，三種磚型在砌筑時均會出現配比失調，難于滿足砌筑和生產運行需求，必須將耐火磚現生產尺寸精度提高，才能滿足砌筑需求。事實上國內有些耐火磚生產廠家已將制造精度提高，有利于砌筑和生產運行。

表4 三種耐火磚尺寸不同精度誤差對配比失調的影響（m3/A）

長期砌筑和生產實踐表明，制造精度差的耐火磚，不僅在砌筑時會出現配比失調，且在生產運行中易出現掉磚紅窯事故。為此，在C型系列磚標準制訂過程中，結合我國耐火磚制造工藝裝備現狀，提高了C型系列磚偏差控制參數，十分有利于C型系列磚的砌筑和生產應用，C型系列磚偏差控制參數見表5。

表5 C型系列磚偏差控制參數（部分）*

C型系列磚標準將大小端尺寸精度從±1.0mm提高至±0.5mm，也即精度提高了1倍。由表4可知，VDZB型磚和C型系列磚的磚形尺寸偏小，即使精度控制在±0.5mm，最大累計偏差仍有相當多的耐火磚m3/A值＞1，砌筑時仍會出現配比失調，而磚形尺寸較大，m3/A值＜1，配比失調少些。但型磚體太重，砌筑時工人易出現疲勞，影響施工質量。

若要再提高磚形尺寸精度，國內裝備技術將會遇到一定困難。為此，C型系列磚標準中，明確堿性磚10塊磚的累計圓弧差值應≤3mm（相當于尺寸精度±1.0mm的0.3倍），則配比失調在砌筑時必將減少。規定鋁硅質C型系列磚的10塊磚的累計圓弧長度差值6mm，若將其他累計誤差一起考慮，大多數不同直徑窯內鋁硅型系列磚的m3/A均＞1，可能仍存在配比失調問題。這個問題只有通過實踐，在今后不斷優化裝備的基礎上予以調整。

3.2.3 磚型形狀影響（m4/A）

VDZB型磚等中間尺寸為71.5mm，磚的大小端尺寸均與π值無關；ISO型磚大端尺寸與π值結合，小端尺寸與π值無關；而C型系列磚的等中間尺寸為78.5mm，大小端尺寸均與π值關聯。砌筑現場反映，C型系列磚鎖縫磚和鋼板用量少，鎖縫耗時少，技術要求不高，質量較好。

不同磚型在砌筑時所產生的鎖縫尺寸是不等的，所得的m4/A值也不等，具體數值見表6。其中VDZB型磚的m4/A從最大0.83降至最小型磚的m4/A值從最大0.90降至0.01，而C型系列磚從最大0.13降至最小0.06，表明C型系列磚配比失調問題最少，且砌筑鎖縫方便，耗時少。

表6 不同窯徑、不同磚型鎖縫尺寸對比例失調的影響（m4/A）

4 減緩砌筑耐火磚配比失調的措施

回轉窯窯徑增加帶來的配比失調是當前水泥窯耐火磚砌筑客觀存在的事實，減緩的措施主要來自以下三個方面：

4.1 將VDZB型磚更換為C型系列磚

C型系列磚和VDZB型磚相比，磚的大小端尺寸與π值結合，鎖縫尺寸數值低且有規律，所形成的m4/A值均低于VDZB型磚。C型系列磚的大端尺寸較VDZB型磚大約10%，所形成的m2/A值小于VDZB型磚。VDZB型磚和C型系列磚的m4/A、m2/A值及其差值比較見表7，從表中數值來看，C型系列磚較VDZB型磚的m2/A和m4/A均小些，有利于緩和配比失調問題。

表7 VDZB型磚和C型系列磚的m4/A、m2/A值及其差值比較

4.2 提高磚形尺寸精度

現國產耐火磚的磚形精度控制為±1.0mm，若優化為±0.5mm，則兩磚之間的縫隙尺寸將減少50%，若10塊磚的累計圓弧差值≤3mm，則兩磚之間縫隙尺寸將減少至30%，必將大幅減少砌筑時的鎖縫尺寸，減少配比失調問題。

上述措施將較大幅度減少m/A值，有利于減緩配比失調問題，現將采用上述措施后的VADB型磚和C型系列磚的m3/A、m2/A、m4/A值進行對比，具體數據見表8和表9。

從表8、表9所列數值來看，C型系列磚的m3/A、m2/A+m4/A值均低于VDZB型磚，三數之和仍然會出現較大的數值，必須指出的是，表中所列的數值是最大累計值，但在實際砌筑時，經常會出現負公差或者一些數值比較小，所得的m/A值遠低于表中所列數值。采用制造精度較高的C型系列磚，必將緩和配比失調問題。

表8 VDZB型磚精度優化后的m/A值

表9 C型系列磚精度優化后的m/A值

4.3 采用偏差方向相反的耐火磚砌筑

為減緩砌筑時的配比失調，往往搭配使用正負偏差耐火磚，以降低耐火磚的精度誤差。C型系列磚在標準制定時，增加了備注說明，兩塊磚搭配砌筑時，兩塊磚的偏差方向最好相反，即，一塊磚是正偏差，另一塊磚是負偏差，可以抵消砌筑時的累計誤差。

5 結語

預分解窯砌筑耐火磚配比失調是客觀存在的問題，在一定程度上會影響施工進度和施工質量或造成材料浪費，進而影響窯內耐火磚的運行周期。減緩耐火磚配比失調的較好辦法是推廣應用C型系列耐火磚，提高耐火磚精度尺寸，砌筑時選用偏差方向相反的耐火磚進行砌筑等。