小型干法回轉(zhuǎn)窯窯尾收塵的設(shè)計
水泥窯襯設(shè)計主要包括:工藝帶劃分;耐火材料的選擇;磚型設(shè)計;擋磚圈設(shè)計;砌筑方法選擇;烘窯制度確定等。窯襯的設(shè)計可謂系統(tǒng)工程,每個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系、互相影響,設(shè)計時應(yīng)一環(huán)扣一環(huán),只有把好每一環(huán)節(jié)質(zhì)量關(guān),才能確保水泥窯襯設(shè)計質(zhì)量。
1 回轉(zhuǎn)窯各工藝帶劃分
目前,國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯的形式主要有濕法窯、立波爾窯、普通干法窯、新型干法窯,其中前三種統(tǒng)稱傳統(tǒng)水泥窯。傳統(tǒng)水泥窯工藝帶的劃分詳見表1。
表1 傳統(tǒng)水泥窯工藝帶的劃分
工藝帶 |
立波爾窯 |
干法窯 |
濕法窯 |
||
篦冷機 |
多筒冷卻機 |
篦冷機 |
多筒冷卻機 |
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卸料帶(冷卻帶) |
2~3圈 |
2~3圈 |
1~1.5D |
2~3圈 |
1~1.5D |
燒成帶 |
4D |
4D |
4D |
4~6D |
4~6D |
過渡帶 |
2D |
4~6D |
4~6D |
7~12D |
7~12D |
分解帶 |
2D |
2D |
2D |
2D |
2D |
預(yù)熱帶 |
6D |
6D |
6D |
14~25D |
14~25D |
進(jìn)料端(m) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
新型干法窯主要指懸浮預(yù)熱器窯和窯外分解窯。懸浮預(yù)熱器窯,入窯生料的分解率一般為30%~45%;預(yù)分解窯分解率可在85%~90%,有的高達(dá)95%以上。這樣,不僅可以大大減輕窯內(nèi)煅燒帶的熱負(fù)荷,而且可以縮小窯的規(guī)格。新型干法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)工藝帶的劃分
1-窯尾錐;2-分解帶;3-過渡帶-Ⅰ;4-過渡帶-Ⅱ;5-燒成帶;6-卸料帶;7-鼻環(huán);8-噴煤管;9-擋料圈;10-窯口;11-窯頭錐
2 耐火材料的選擇
由于生產(chǎn)工藝的不同,窯內(nèi)承受應(yīng)力的形式、大小差異較大,總的來說,窯內(nèi)耐火材料承受的應(yīng)力主要有熱應(yīng)力、機械和熱機械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕三個方面,設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)窯型、生產(chǎn)工藝的實際情況,合理選擇窯襯材料。
2.1 窯襯承受應(yīng)力情況
2.1.1 熱應(yīng)力
襯料表面溫度隨窯的回轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性波動,其溫差可達(dá)200 ℃以上,在窯皮脫落或停窯時冷卻急劇等情況下,會使襯料表面溫度發(fā)生變化,內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力;另外襯料本身熱面和冷面亦存在溫差,其溫差大小視材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)等因素而定,由于溫度梯度的存在,便產(chǎn)生溫差應(yīng)力。這些是造成襯料損壞的原因之一。
2.1.2 熱機械和機械應(yīng)力
窯內(nèi)襯料受到煅燒物料的磨擦及氣流中塵粒的沖刷、剝蝕,窯的金屬筒體,特別是燒成帶筒體,由于溫度較高,失去剛性,發(fā)生變形,從而在襯料內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力,致使襯磚間發(fā)生相對運動,出現(xiàn)應(yīng)力高峰,造成襯料裂縫、剝落和脫開掉下。
2.1.3 化學(xué)腐蝕
窯襯受到化學(xué)腐蝕,主要來自煅燒物料和燃燒氣流兩個方面。煅燒物料的組分以熔融狀態(tài)擴(kuò)散或滲入襯料內(nèi)部,從而引起化學(xué)和礦物的變化;另外,熱氣流中的堿、氯、硫等揮發(fā)物在窯尾或預(yù)熱器等低溫部分富化,形成硫化堿、氯化堿等熔體,滲入耐火材料內(nèi)部,引起“堿裂”破壞。
2.2 窯內(nèi)各帶耐火材料選擇原則
2.2.1 卸料帶
該部位窯內(nèi)襯料損壞因素主要是機械磨損和化學(xué)侵蝕。襯料選擇時要具有良好的耐磨蝕性和熱震穩(wěn)定性。在卸料帶可采用化學(xué)結(jié)合高鋁磚及熱震穩(wěn)定性較好的堿性磚(如尖晶石磚)。卸料口采用抗磨性良好的、振動成型的整體耐火材料,如高鋁質(zhì)早強防爆型澆注料或鋼纖維增強澆注料,也可采用碳化硅復(fù)合磚。
2.2.2 燒成帶
燒成帶的襯料主要承受高溫沖擊和化學(xué)侵蝕,是全窯最苛刻的部位。如襯磚無窯皮保護(hù),直接裸露在1 700 ℃左右的高溫火焰下,襯磚熱面溫度可高達(dá)1 500 ℃,造成磚內(nèi)溫差應(yīng)力太大(60~70 MPa),易于炸裂剝落。窯皮的導(dǎo)熱系數(shù)約為1.16 W/(m.K),而堿性磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2.67~2.79 W/(m.K)。當(dāng)襯磚有約150 mm厚的窯皮保護(hù)時,襯磚的熱面溫度可維持在700 ℃左右,襯磚熱面層的膨脹率為0.6%~0.7%,而直接裸露在高溫火焰中的襯磚其熱面層的膨脹率可達(dá)1.5%,由此看來,維持好燒成帶穩(wěn)定的窯皮,是襯磚安全、長久的前提。
另外,由于窯的金屬筒體并不完全是剛性,它存在一定的橢圓度,特別是在輪帶部位,最易發(fā)生變形。燒成帶襯磚主要受熱應(yīng)力、機械熱應(yīng)力及化學(xué)侵蝕的破壞,襯料選擇時,除要求具有足夠的耐火度、耐化學(xué)侵蝕外,還要求在高溫下易于掛好窯皮,保護(hù)襯料。在窯皮不穩(wěn)定、氣氛變化大、化學(xué)腐蝕強的區(qū)段,應(yīng)采用低熔劑含量的高溫?zé)涉V鉻磚;在有較好的窯皮區(qū),一般采用高氧化鎂含量的燒成鎂鉻磚;在燒成帶中部,采用低氣孔、高溫機械性能好的高純白云石磚,它具有抗剝落性和熟料粘附性等特點,易于掛窯皮和穩(wěn)定窯皮。在白水泥窯襯上,為防止鉻、鐵污染,可采用鐵、鉻含量很少的方鎂石尖晶石磚,它是用高純燒結(jié)方鎂石和合成尖晶石直接結(jié)合生產(chǎn)的,耐熱震性極佳。
2.2.3 過渡帶
過渡帶特別是輪帶附近的過渡帶,承受著磨損、機械應(yīng)力和熱波動復(fù)合作用,溫度變化頻繁,窯皮不易掛牢,剝落頻繁,尤其是新型干法窯,其溫度更高,襯磚所處的環(huán)境更惡劣。選材時,要針對其損壞特征,選擇合適的襯料。在第2過渡帶(靠近燒成帶一端),因熱負(fù)荷高,熱負(fù)荷和氧含量波動大,窯皮長,剝落頻繁,可采用特殊性能的方鎂石-尖晶石磚、抗剝落高鋁磚、纖維增強抗剝落高鋁磚、高荷軟磷酸鹽復(fù)合磚等,也可用鎂鉻磚。另外,焱鑫耐火材料廠最新研制成功的A-S型堿性復(fù)合磚,該磚采用天然鎂砂和鎂硅砂為隔熱層與方鎂石-尖晶石磚復(fù)合而成,即由鎂鋁尖晶石(MA)和鎂橄欖石(MS)同模成型后經(jīng)煅燒而成。熱面(工作面)為鎂鋁尖晶石,其熱震穩(wěn)定性好,冷面(非工作面)采用鎂橄欖石,它具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(350℃)、1.13 W/(m.K),隔熱效果好,這種磚具有耐火和隔熱雙重性能,適于應(yīng)用在新型干法回轉(zhuǎn)窯的高溫過渡帶,由于它的隔熱性能,使該帶因無窯皮或窯皮不穩(wěn)定造成筒體表面溫度過高問題得以解決。1998年,首次試用于山東魯南水泥廠Φ4.0 m×60 m的新型干法窯上的高溫過渡帶獲得成功,使用196 d后仍完好無損。在第1過渡帶(靠近分解帶一端)采用化學(xué)結(jié)合易膨脹的高鋁磚,為提高熱效率,也可采用化學(xué)結(jié)合隔熱復(fù)合高鋁磚,如:抗剝落高鋁磚、高荷軟磷酸鹽復(fù)合磚。在窯的熱工制度穩(wěn)定、使用條件不太苛刻時,用60%~65%的高鋁磚即可。
2.2.4 預(yù)熱帶和分解帶
由于該帶的熱應(yīng)力和化學(xué)應(yīng)力較小,襯料主要承受堿性氣體和物料侵蝕。襯料應(yīng)采用耐堿隔熱磚、CB20隔熱磚等,它們不僅具有優(yōu)良的耐堿侵蝕性能,同時具有顯著的隔熱節(jié)能性能。在與過渡帶連接的部位宜采用抗剝落磚、磷酸鹽磚及高鋁磚,能更有效地延長其壽命。
2.2.5 進(jìn)料端
進(jìn)料端,也就是窯尾錐部位,該部位很短,主要承受堿蝕和磨損,襯料可采用定型的致密低氣孔富鋁粘土磚,也可采用整體耐火材料,如高強耐堿澆注料、耐磨澆注料等。
3 磚型設(shè)計
為便于耐火磚的施工砌筑及運輸、儲存管理,目前回轉(zhuǎn)窯磚型普遍采用“VDZ”尺寸(德國水泥工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))和“π/3”尺寸(ISO)。
“VDZ”型磚尺寸小,大小頭楔度小,砌筑時每環(huán)宜采用兩種磚型,可使砌體與回轉(zhuǎn)窯筒體達(dá)到最合理的結(jié)合,避免機械和熱機械負(fù)荷的損傷!癇”代號為堿性磚,適宜堿性內(nèi)襯帶,因為它具有較大的膨脹縫,且具有高抗彎性能,因而可使熱膨脹和窯橢圓度引起的應(yīng)力影響大大減輕!癆”代號為非堿性磚,主要為高鋁、鋁質(zhì)、輕質(zhì)和耐火粘土質(zhì)等耐火磚,適宜非堿性內(nèi)襯帶。“VDZ”型磚適用于Φ4 m 及以下直徑的窯。大窯采用這種磚型時,每圈磚數(shù)量過大,使砌磚量增大,效率降低,由于大小頭楔度小,又無特殊標(biāo)記,容易砌錯,使窯襯易發(fā)生掉磚事故。因此Φ4 m直徑以上大窯不宜采用此磚型。為了便于選用,德國目前較大的耐火材料公司——雷法公司根據(jù)其用戶使用情況,總結(jié)了多年的經(jīng)驗,推薦不同直徑窯的窯襯厚度、雙楔型磚配砌及磚用量表(即每環(huán)磚中各類楔形磚組合配比)。
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