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水泥回转窑用耐火砖的砖型和砌筑方式

编辑:耐火砖   浏览:   时间:2017-12-06

导读:窑衬设计需要解决的问题:减少耐火材料的负荷,确保窑衬施工质量,方便窑衬检修,以达到最大限度发挥材料性能、获得最佳使用效果的目的。众所周知,购买了优质的耐火材料,未必一定获得理想的寿命。在采购优质耐火材料的基础上,还必须做好窑衬的设计、窑衬的施工、窑衬的使用和维护,才能获得良好的使用效果。

一、砖型尺寸

水泥回转窑用耐火砖的尺寸关系到窑衬的寿命。砖的四个尺寸要素是高度h、长度L、小头尺寸l1、大头尺寸l2,如图12-1所示。

耐火砖的高度h决定了窑衬的厚度。一方面,窑衬厚度决定窑衬的重量,影响窑体的变形和衬砖所受的机械应力;另一方面,窑衬厚度又影响窑体表面温度和散热损失,决定可被蚀损耐火材料的厚度。如果窑衬过厚,筒体变形大,耐火砖受到的机械应力大,寿命可能降低。如果窑衬过薄,耐火砖稍一蚀损,窑体温度就超过上限,即该换砖。所以,窑衬过薄或过厚都不利于提高寿命。建议衬砖高度见表12-1。

窑筒内的碱性砖宜采用B型(或称VDZ型,VDZ为全德水泥协会标准);黏土砖和高铝砖宜采用π/3型(又称ISO型,ISO为国际标准化组织的简称)。

采用上述标准后,碱性砖单重7-8kg,黏土、高铝砖单重10kg,便于制造和砌筑。采用VDZ或π/3砖型只用一种曲率半径小和一种曲率半径大的两种砖就可以配出半径介于两者之间任何窑径的用砖,也就是说只用少数几种砖就可以配置出不同直径窑的用砖。这样,就扩大了产品的通用性,有利于减少库存和降低生产成本。VDZ或π/3砖型的具体尺寸请见原国家建材局生产协调司审定的水泥窑耐火材料使用规程。

二、砌筑方式

1.环砌和错砌

按照砖缝的不同,水泥回转窑耐火砖的砌法分为环向和交错两种砌砖方式,如图12-2所示。

筒体用砖以环砌为好。环砌的优点是易砌筑、易拆除,但必须保证砖型和砖缝尺寸满足要求。如砖缝过大,易于发生窑衬的错位、变形,甚至抽签、掉砖等事故。如砖缝过小,衬砖使用中将受过大热应力而提前损坏。交错砌法的主要缺点:一是砌筑和局部修复困难;二是对于尺寸和外形不够规整的砖,砌筑质量不好。目前,只有一些小型回转窑上维修周期很长的部位还使用这种方法。

2.干砌和湿砌

干砌指主要用钢板和锁砖砌筑回转窑用砖,只是不得以时才使用少量火泥砌砖。湿砌指主要用火泥砌砖,只是锁砖时才使用钢板。

一般情况下,碱性砖多使用干砌。特别是白云石砖因容易水化只能使用干砌。干砌的优点是砌筑速度快,但对砖形尺寸要求严,衬料整体性差,易于产生应力集中,挤伤砖块。所以,遇到窑体形状不规则处,或砖形尺寸误差产生的空隙,要设法用火泥填平。

一般情况下,铝硅质材料多用湿砌。因为热膨胀系数较低,比较容易发生抽签、掉砖。所以,需要用火泥粘接砖块,提高衬料的整体性。使用高强磷酸盐火泥砌筑是提高铝硅质耐火材料的整体性,防止抽签、掉砖的有效措施。

三、膨胀缝

1.砖的布置

升温以后,水泥回转窑的窑体、耐火砖都会膨胀。但是,钢板和火砖的热膨胀系数不同,耐火砖各部位的温度高低也不相同,这就产生了膨胀差。膨胀差可以产生空隙,致使砖块松动;也可以产生应力,致使砖块挤坏。如果砖块之间不挤紧,就会发生抽签、掉砖事故。如果砖块挤得太紧,挤压力超过了砖的强度,就会使窑衬破坏。所以,既要不抽签、不掉砖,又要不把砖挤坏,就要讲究膨胀缝的留设问题。回转窑内,耐火砖的布置如图12-3所示。

由图12-3可知,膨胀缝的留设主要是解决不同耐火材料的径向缝和轴向缝的留设问题。

2.膨胀差异

金属材料和耐火材料的具有不同膨胀系数,耐火材料热端和冷端具有不同的温度。热膨胀量的计算式见式(12-1),不同材料的热膨胀系数见表12-2。

从表12-2可知:从砖的冷端来看,黏土砖、高铝砖的热膨胀低于窑体;碱性砖的热膨胀和窑体相当。冷热端对比来看,大小头温差为1000℃时,碱性砖的相对膨胀高达1.2%,高铝砖的相对膨胀仅为0.75%。因此,黏土砖、高铝砖更容易发生抽签、掉砖事故;碱性砖的热端则更容易被挤坏。因此,为防止抽签、掉砖,黏土砖、高铝砖常用火泥砌筑。为防止热端被挤坏,碱性砖则常用干法砌筑。

式(12-1)是设计膨胀缝的依据。如果热态下,窑体外壳的膨胀是S壳,衬体热端的膨胀是S热,冷端的膨胀是S冷,S热>S壳,膨胀缝的留设就要参考下式确定。

式中△S——窑衬热端相对窑体的膨胀差值。

对于碱性砖,大小头温差1000℃时,冷端的膨胀和窑体一致,热端对冷端发生1.2%的相对膨胀。所以,必须用膨胀缝进行补偿。对于高铝砖,大小头温差1000℃、小头升温200℃时,冷端对窑体发生0.1%的收缩,热端发生0.7%的膨胀。由于冷端发生收缩,砖和窑体之间出现空隙,热端相对膨胀只有0.6%,一旦耐火砖的热端受热后发生较大收缩,就有可能发生抽签、掉砖。所以,一般不在窑内铝硅质耐火砖衬中留设膨胀缝,还要砌紧窑衬。只在铝硅质整体性耐火材料中留设一定的膨胀缝。

3.曲率直径

根据如图12-1所示几何条件,耐火砖的曲率直径D和图中所示耐火砖大头尺寸耐火砖小头尺寸l1,耐火砖的高度h之间满足以下关系。

如用一种砖砌窑:

当砖的曲率直径大于窑的曲率直径,砌窑后砖的小头就会处于挤压状态,大头就会处于放松状态。升温中,砖的小头受到强烈的挤压。使用中,小头损耗以后,如砖的剩余部分不能挤紧,就会发生抽签、掉砖事故;

当砖的曲率直径小于窑的曲率直径时,砌窑后砖的大头处于挤紧状态,小头处于放松状态。升温中,砖的小头预留有一定的空间,可以容纳热端的膨胀。使用后,砖的小头损耗以后,大头还能挤紧。

从以上可知,理想的状态是大头挤紧,小头适度放松。但为防止“爬坡”,还需在砖的小头垫薄钢板条或涂抹火泥。

如果采用两种砖砌窑,稍多选一些曲率直径小的砖,稍少选一些曲率直径大的砖,在砖的小头垫钢板或涂抹火泥以留设膨胀缝,也可以实现“大头挤紧、小头留缝”。留缝后,务必打足钢板,以紧锁衬砖和防止掉砖。

4.膨胀缝的留设

干砌碱性砖时,径向缝设置为窑长的1%,即在每块长200mm砖的两端垫厚2mm的纸板;轴向缝设置为每块砖约0.1mm。为防止掉砖,5000t/d以上水泥窑也可以不设轴向缝。设置方法:制作厚度1mm、长宽较砖的大面略小的钢板,用量为砖块的1/10左右。受热后,钢板受压后变形,可吸收砖的热膨胀。但是,钢板氧化又会产生膨胀,固不宜多用钢板。

从以上可知,砖衬径向缝的补偿作用较强;但轴向缝的补偿作用很弱。所以,一些耐火材料企业研制了“柔性”(弹性模量低的)碱性耐火材料,并取得了一定效果。

四、锁缝砖

为了锁紧窑衬,需要计算锁缝砖、锁缝钢板的理论用量。计算公式如下。

衬体冷端周长(主砖+锁砖+钢板)=窑体内表面周长     (12-4)

衬体热端周长(主砖+锁砖+钢板)=窑体预留周长+(-20-0mm)

从式(12-4)可知,窑衬的冷端周长必须等于窑体的周长,以确保“大头挤紧”。当“大头挤紧”以后,小头周长为窑体预留给衬体的周长-20mm到窑体预留给衬体的周长之间。理想时,可以实现“小头放松”。

首先,锁砖的数量应满足式(12-4)的要求。

其次,对每圈耐火砖,每种锁砖还要留有1块以上的富余。

砌窑时,耐火砖的种类、数量已定。如果不能锁紧衬砖,只能依靠使用钢板、火泥解决。

总之,“大头挤紧、小头放松”只是一种理论,但对实际也具有一定指导意义。如果升温时砖的小头挤坏,就要设法增大小头留缝的宽度。比如,多用火泥或曲率直径小的砖。如果发生抽签、掉砖,就要检查大头是否挤紧,耐火砖的重烧收缩是否过大,以及火泥的粘接强度是否足够等。

五、挡砖圈

水泥回转窑具有3%左右的倾斜度。随着窑体的旋转,窑衬有向窑头下滑的趋势。

为了防止窑衬的下滑对窑口产生压力,靠近窑头处至少需要有一个挡砖圈来承受下滑推力和阻挡砖衬向窑头运动。如确有必要,也可以设置多个挡砖圈。

但是:

在烧成带和过渡带的热端不能设置挡砖圈。

在分解带,离轮带至少4m的地方可以设置附加挡砖圈。

挡砖圈的高度不得超过50mm,断面尺寸最好为50mm*50mm。

如果高度过低,挡砖圈的面积小,接触挡砖圈的耐火材料容易被挤坏。

如果高度过高,挡砖圈又会在窑衬减薄后发生氧化,产生膨胀而损坏附近的耐火材料。

在任何情况下,用于挡砖圈的带凹槽的耐火砖都应该砌在窑头一边,不带凹槽的砖都应该砌在挡砖圈的窑尾一边,以防止薄弱的凹槽直接承受窑衬下滑的推力而损坏,如图12-4所示。

以上便是水泥回转窑用耐火砖的砖型选择和砌筑方式的全部内容。



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