详解窑炉炉衬耐火材料损毁的8种破坏因素

一般将预分解窑窑内分为4个带，即分解带、过渡带、烧成带和冷却带。四带中，烧成带窑衬为关键，目前国内外在预分解窑烧成带主要采用碱性砖。

热、机械和化学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亦不同。其中起决定性作用的是火焰、窑料和窑筒体的变形状况，它们使窑衬承受各种不同的应力。

对碱性砖，具体有8种破坏因素，即熟料熔体渗入、挥发性组分的凝聚、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各有不同，现就这8种因素损坏碱性砖的机理分别作一简述。

1、熟料熔体渗入

熟料熔体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，有时甚至还会析出钾霞石；而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有一定渗入侵蚀作用。

2、挥发性组分的凝聚

预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分的富集。由生产实践，窑尾热级预热器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分别比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位(800℃～1200℃区段后)，物料中的挥发性组分将会在所有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，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－机械应力综合作用下开裂剥落。因预分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+，发生体积收缩，而且Fe2+在方镁石晶体中迁移扩散能力比Fe3+强得多，这又进一步加剧了体积收缩效应，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体积效应反复发生，砖便产生化学疲劳。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，使砖面长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，热面层则疏松多孔(一般易发生于烧成带的正火点区域)，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，有不少企业使用了硅莫砖，大部分硅莫砖的事故是由于过烧造成的，很少是其他原因。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，理论上当温度上升到2500℃左右，碳化硅开始分解为硅蒸汽和石墨，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区域。

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达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分解窑转速为3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多。这种温度升降多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。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力学负荷；砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。

对于紧靠挡砖圈的砖，大部分损坏是由于挤压力造成的。国外某公司专做窑口砖，其使用寿命可以保证3年以上，我们把它与其他砖作了检测对比，发现其差别主要在高温抗折强度上，而国内耐火砖的标准根本就没有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

预分解窑窑口卸料区没有窑皮保护时，熟料和大块窑皮又较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。

实际上，不要以为窑口没有窑皮是正常的，在有条件的情况下，保持冷却带有一定的窑皮，不但能有效保护窑口砖，而且对拓宽窑的操作弹性，稳定产质量都是有好处的。