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时间:2018-07-31
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1、窑口护板的失效分析与提高其使用寿命的对策 江旭昌 天津水泥工业设计研究院(300400) 摘要 论述了窑口护板、窑口筒体和窑口耐火衬料三者互相影响的关系,重点论述了耐火浇注材料的使用,提出了提高窑口护板使用寿命的对策。关键词 窑口护板、窑口筒体、窑口耐火衬料、耐火浇注料、失效分析Abstract Reviewingtherelationshipofmutuallyinfluenceamongtheguardplate,kilnshellandrefractoryofthekilnoutlet,discussingcentreontheutilizat
2、ionofrefractory,putforwardthestrategyofraisingthelifetimeofkilnoutletguardplate.KeyWords kilnoutletguardplate,kilnoutletshell,kilnoutletrefractory,invalidanalysis. 窑口护板保护窑口筒体不烧损、不磨蚀、不变形。窑口护板的失效会造成窑口筒体的损坏,还会影响窑口火砖或耐火浇注料的使用寿命。这三者的关系是紧密相连的,而窑口护板则是核心。 为提高窑口护板的使用寿命,更换方便,缩短维修周期,本文
3、对窑口护板失效原因进行分析,对其结构优化、正确安装和耐火材料的使用进行探讨。1 窑口护板的失效分析 窑口护板失效的原因有多方面,但最主要的影响因素是温度,温度高,带来一系列需要研究的课题。如材料的正确选用、结构的合理设计,火砖或耐火浇注料的性能、形状和施工方法的恰当确定等。1.1 窑口护板的失效形式 窑口护板、窑口筒体和耐火材料的关系,国内的设计一般如图1所示。窑口护板是耐火浇注料和窑口筒体的中间件,它悬置在温度很高的窑头罩内,裸露面直接受高温作用,其温度分布梯度曲线如图2所示〔1〕。窑口护板沿窑口分成多块扇形,由于温度高,热膨胀量大,相邻块之间必
4、须留有较大间隙。夹有熟料粉尘或颗粒的二次风穿过这些缝隙流入窑内,使窑口护板冲刷磨损。因此,窑口护板的主要失效形式为烧损、磨蚀和裂断。图1 国内一般的窑口结构图2 带有气冷装置铬镍耐热钢窑口护扳的温度梯度分布曲线1.窑口护板的辐射温度;2.窑口筒体衬料;3.窑口筒体;4.风冷窑口的冷却风温 窑口护板烧损后,表面粗糙发渣,并会出现许多裂纹,严重时掉块,即习称为剥落,造成失效。 因温度高,材料的强度显著降低,极易氧化,再加上高温气体中的碱腐蚀作用,使窑口磨蚀失效。尤其是篦冷机堆雪人触及护板时更为严重。温度高时,热膨胀量大,若设计和安装不当,互相挤压,产生
5、变形,严重时便断裂失效。 上述几种原因综合作用,会使窑口筒体变成喇叭形,窑口护板产生裂胀,掉落。1.2 窑口护板的失效分析1.2.1 窑口护板材料的影响 传统窑型多用铸铁和耐热铸铁制造窑口护板,耐热性不好。耐热铸铁也仅能耐750℃高温,寿命很低。耐热性能较好的材料,一般为高铬W.№4710~4776和高镍铬W.№4823~4848,其主要化学成分和主要性能列在表1中〔2〕。表1 制造窑口护板耐热铸钢材料的主要化学成分和机械性能注:1.本表所列均为德国标准,材料牌号为笔者所加;2.材料牌号前的数字为含碳量的百分数。1.2.2 熟料碱硫含量对窑口护板的
6、影响 正常氧化时,合金中的铬与氧发生反应生成氧化铬保护层于金属表面。但是在高温下氧化钾和氧化钠变成液态,合金与氧作用就会生成铬酸钾和铬酸钠,它们的熔点很低,分别为948℃和792℃,在工作温度1000℃~1100℃时就会出现一种液相反应生成物,很快被磨蚀掉。窑口护板的使用寿命与熟料中碱含量的关系见图3。图3 熟料中碱含量与窑口护板使用寿命的关系 燃料中的硫含量对窑口护板也有很大的影响。窑内气体中含有硫就会生成硫化物,它对形成良好的氧化层是十分有害的,而且会侵入到铸造材料的晶界之内。抗硫性与含镍量无关,但却与窑内气体增碳有关,因为碳中含有硫磺。 硫
7、化物在高温下剧烈氧化,形成硫化物浮渣,对窑口护板的破坏性极大。因此,用高硫煤对窑口护板的使用寿命也有严重影响。1.2.3 结构的影响 窑口护板有整体式和分体式两种。分体式安装拆卸都比较麻烦,检修维护困难,近代国内外均采用整体式的结构。我国引进的大型回转窑上,其窑口护板也都是整体结构。2 提高窑口护板使用寿命的对策2.1 选用恰当的材料 有分析表明,窑口护板采用高铬耐热钢比采用高铬高镍耐热钢制造更为有利。因为它的热膨胀量小,在700~900℃之间没有折线变化,表明其内部结构变化小,高温屈服点下降不多。图4中11a和11b是同一台窑,窑口护板分别采用4
8、0Cr27Ni5耐热铸钢和40Cr20Ni14耐热铸钢的情况,含镍高的比含镍量少的使用寿命反而
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