回转窑工艺划分示意图

回转窑工艺带划分示意图 

1-窑尾锥；2-分解带；3-过渡带-Ⅰ；4-过渡带-Ⅱ；5-烧成带；6-卸料带；7-鼻环；8-喷煤管；9-挡料圈；10-窑口；11-窑头锥

2　耐火材料的选择 　　由于生产工艺的不同，窑内承受应力的形式、大小差异较大，总的来说，窑内耐火材料承受的应力主要有热应力、机械和热机械应力、化学腐蚀三个方面，设计时，应根据窑型、生产工艺的实际情况，合理选择窑衬材料。 

2.1　窑衬承受应力情况 

2.1.1　热应力 

衬料表面温度随窑的回转而发生周期性波动，其温差可达200 ℃以上，在窑皮脱落或停窑时冷却急剧等情况下，会使衬料表面温度发生变化，内部产生热应力；另外衬料本身热面和冷面亦存在温差，其温差大小视材质的导热系数等因素而定，由于温度梯度的存在，便产生温差应力。这些是造成衬料损坏的原因之一。 

2.1.2　热机械和机械应力 

　　窑内衬料受到煅烧物料的磨擦及气流中尘粒的冲刷、剥蚀，窑的金属筒体，特别是烧成带筒体，由于温度较高，失去刚性，发生变形，从而在衬料内产生压应力、拉应力和剪切应力，致使衬砖间发生相对运动，出现应力高峰，造成衬料裂缝、剥落和脱开掉下。 

2.1.3　化学腐蚀 

　　窑衬受到化学腐蚀，主要来自煅烧物料和燃烧气流两个方面。煅烧物料的组分以熔融状态扩散或渗入衬料内部，从而引起化学和矿物的变化；另外，热气流中的碱、氯、硫等挥发物在窑尾或预热器等低温部分富化，形成硫化碱、氯化碱等熔体，渗入耐火材料内部，引起“碱裂”破坏。 

2.2　窑内各带耐火材料选择原则 

2.2.1　卸料带 

　　该部位窑内衬料损坏因素主要是机械磨损和化学侵蚀。衬料选择时要具有良好的耐磨蚀性和热震稳定性。在卸料带可采用化学结合高铝砖及热震稳定性较好的碱性砖(如尖晶石砖)。卸料口采用抗磨性良好的、振动成型的整体耐火材料，如高铝质早强防爆型浇注料或钢纤维增强浇注料，也可采用碳化硅复合砖。 

2.2.2　烧成带 

　　烧成带的衬料主要承受高温冲击和化学侵蚀，是全窑最苛刻的部位。如衬砖无窑皮保护，直接裸露在1 700 ℃左右的高温火焰下，衬砖热面温度可高达1 500 ℃，造成砖内温差应力太大(60～70 MPa)，易于炸裂剥落。窑皮的导热系数约为1.16 W/(m．K)，而碱性砖的导热系数为2.67～2.79 W/(m．K)。当衬砖有约150 mm厚的窑皮保护时，衬砖的热面温度可维持在700 ℃左右，衬砖热面层的膨胀率为0.6%～0.7%，而直接裸露在高温火焰中的衬砖其热面层的膨胀率可达1.5%，由此看来，维持好烧成带稳定的窑皮，是衬砖安全、长久的前提。 

　　另外，由于窑的金属筒体并不完全是刚性，它存在一定的椭圆度，特别是在轮带部位，最易发生变形。烧成带衬砖主要受热应力、机械热应力及化学侵蚀的破坏，衬料选择时，除要求具有足够的耐火度、耐化学侵蚀外，还要求在高温下易于挂好窑皮，保护衬料。在窑皮不稳定、气氛变化大、化学腐蚀强的区段，应采用低熔剂含量的高温烧成镁铬砖；在有较好的窑皮区，一般采用高氧化镁含量的烧成镁铬砖；在烧成带中部，采用低气孔、高温机械性能好的高纯白云石砖，它具有抗剥落性和熟料粘附性等特点，易于挂窑皮和稳定窑皮。在白水泥窑衬上，为防止铬、铁污染，可采用铁、铬含量很少的方镁石尖晶石砖，它是用高纯烧结方镁石和合成尖晶石直接结合生产的，耐热震性极佳。 

2.2.3　过渡带 

　　过渡带特别是轮带附近的过渡带，承受着磨损、机械应力和热波动复合作用，温度变化频繁，窑皮不易挂牢，剥落频繁，尤其是新型干法窑，其温度更高，衬砖所处的环境更恶劣。选材时，要针对其损坏特征，选择合适的衬料。在第2过渡带(靠近烧成带一端)，因热负荷高，热负荷和氧含量波动大，窑皮长，剥落频繁，可采用特殊性能的方镁石-尖晶石砖、抗剥落高铝砖、纤维增强抗剥落高铝砖、高荷软磷酸盐复合砖等，也可用镁铬砖。另外，焱鑫耐火材料厂最新研制成功的A-S型碱性复合砖，该砖采用天然镁砂和镁硅砂为隔热层与方镁石-尖晶石砖复合而成，即由镁铝尖晶石(MA)和镁橄榄石(MS)同模成型后经煅烧而成。热面(工作面)为镁铝尖晶石，其热震稳定性好，冷面(非工作面)采用镁橄榄石，它具有较低的导热系数(350℃)、1.13 W/(m．K)，隔热效果好，这种砖具有耐火和隔热双重性能，适于应用在新型干法回转窑的高温过渡带，由于它的隔热性能，使该带因无窑皮或窑皮不稳定造成筒体表面温度过高问题得以解决。1998年，首次试用于山东鲁南水泥厂Φ4.0 m×60 m的新型干法窑上的高温过渡带获得成功，使用196 d后仍完好无损。在第1过渡带(靠近分解带一端)采用化学结合易膨胀的高铝砖，为提高热效率，也可采用化学结合隔热复合高铝砖，如：抗剥落高铝砖、高荷软磷酸盐复合砖。在窑的热工制度稳定、使用条件不太苛刻时，用60%～65%的高铝砖即可。 

2.2.4　预热带和分解带 

　　由于该带的热应力和化学应力较小，衬料主要承受碱性气体和物料侵蚀。衬料应采用耐碱隔热砖、CB20隔热砖等，它们不仅具有优良的耐碱侵蚀性能，同时具有显著的隔热节能性能。在与过渡带连接的部位宜采用抗剥落砖、磷酸盐砖及高铝砖，能更有效地延长其寿命。 

2.2.5　进料端 

　　进料端，也就是窑尾锥部位，该部位很短，主要承受碱蚀和磨损，衬料可采用定型的致密低气孔富铝粘土砖，也可采用整体耐火材料，如高强耐碱浇注料、耐磨浇注料等。 

3　砖型设计 

　　为便于耐火砖的施工砌筑及运输、储存管理，目前回转窑砖型普遍采用“VDZ”尺寸(德国水泥工业协会标准)和“π／3”尺寸(ISO)。 

　　“VDZ”型砖尺寸小，大小头楔度小，砌筑时每环宜采用两种砖型，可使砌体与回转窑筒体达到最合理的结合，避免机械和热机械负荷的损伤。“B”代号为碱性砖，适宜碱性内衬带，因为它具有较大的膨胀缝，且具有高抗弯性能，因而可使热膨胀和窑椭圆度引起的应力影响大大减轻。“A”代号为非碱性砖，主要为高铝、铝质、轻质和耐火粘土质等耐火砖，适宜非碱性内衬带。“VDZ”型砖适用于Φ4 m 及以下直径的窑。大窑采用这种砖型时，每圈砖数量过大，使砌砖量增大，效率降低，由于大小头楔度小，又无特殊标记，容易砌错，使窑衬易发生掉砖事故。因此Φ4 m直径以上大窑不宜采用此砖型。为了便于选用，德国目前较大的耐火材料公司——雷法公司根据其用户使用情况，总结了多年的经验，推荐不同直径窑的窑衬厚度、双楔型砖配砌及砖用量表(即每环砖中各类楔形砖组合配比)。 

　　推荐砖的高度(即为窑衬厚度)见表2。 

表2　砖高度的推荐值 

推荐砖高度(mm)  窑直径(m)

180              ＜3.6

200              3.6～4.2

220              4.2～5.2

250                ＞5.2

　“π／3”型砖大头统一规定为103 mm，大小头之差较“VDZ”型增大，且小头侧附有明显的凹口标记，更适用于大型窑。每圈砖的数量可以用30×D来计算(D为窑直径)。 

4　挡砖圈设计 

　　回转窑一般具有3%的斜度，因此在其本身自重和与筒体的相对运动作用下，有向窑头滑移的趋势，为了防止这种倾向和减轻作用于窑口圈和窑头部分的压力，在靠近窑头至少需要有一个挡砖圈，以阻止砖衬的这种冲力。窑内设几个挡砖圈为宜，是因窑的规格而异，可在出料带部位外的其它部位设附加挡砖圈，附加挡砖圈不准设在靠近轮带处，否则在轮带附近窑横截面上会产生很大的椭圆变形，导致耐火砖与筒体的损坏。附加挡砖圈可在过渡带离轮带至少4 m的地方设置。 

　　挡砖圈的形式有很多种，德国雷法公司推荐的形式中有一种，笔者认为比较适用，这种形式的挡砖圈可称之为组合式(如图2)，它是由两个截面尺寸相同、两者间距少于一个砖长的两道挡砖圈组成，由于挡砖圈的宽度稍窄于一环砖的宽度，而被砖所覆盖，在其上行端，即背离出料的一面，挡砖圈与其相邻的耐火砖紧密接触，因此，来自于这些砖和窑内更多砖的推挤力就直接传递到挡砖圈上，另外挡砖圈上的砖不需设计为特殊砖型，可直接采用一般的楔形砖砌在挡砖圈上，从而减少了特殊砖型的用量。在吉林油田水泥厂Φ2.8 m/3.0 m×52 m回转窑窑衬设计中采用了这种形式的挡砖圈，经一年多生产试用后，效果良好。 

图2　组合式挡砖圈

　　为保险起见，也可在出料带设置第二道挡砖圈，应设在离第一道800～1 000 mm距离处。 

5　窑衬的砌筑方法 

　　回转窑是水泥厂中带耐火衬料运转的设备之一，但它确是唯一的热负荷最大的运转设备，尤其是新型干法窑，如大型预分解窑，窑的转数常达180～200 r/h，甚至达到240 r/h，窑衬承受着较大的热负荷、机械负荷和化学侵蚀，因此窑衬砌筑质量的好坏，极其重要。 

　　回转窑衬砌筑方法大致可分为四种：顶杠法，粘结法，拱架法和螺栓法。其中拱架法又可分为简单支架(人工法)和机械或气动(机械法)操作支架两种，这两种砌筑方法在整套窑衬砌筑过程中不需转窑，砌筑区段长度不限，适于大直径的窑和直径或衬厚变化的窑，但每一环的锁砖较复杂，砌上半圈时，砌砖工要在超过头顶的位置工作，因此要求砌砖工有较好体力和熟练的技术方可完成。目前国内应用较少。 

　　螺栓法是将螺栓先焊接在窑筒体上，然后通过槽钢将火砖牢固地把在筒体上，砌完后，螺栓不能从筒体上摘除，因此，在螺栓附近由于窑衬的相对运动，可能发生破坏。这种方法国内也不常用。 

顶杠法和粘结法是目前国内常用的砌筑方法，其中顶杠法最为常用。我院设计的几个回转窑工程均采用顶杠法，砌筑效果良好。 

5.1　顶杠法 

　　顶杠法也称丝杠法(如图3)，主要适合于小型和中型窑(窑径≤4 m)，对于大窑来讲，由于顶杠较长而过于沉重，而且容易压弯造成危险，任何时候采用这种砌筑技术都需要在顶杠脚与砖之间嵌入木板或垫板。钢脚不能直接接触于砖上，反之可能造成顶杠滑动或使耐火砖遭到破坏。砌筑时从窑圆周的下半部分开始砌砖，砌砖方向与窑回转方向相反。顶杠之间距离取决于窑径的大小，如对于Φ4 m窑，可沿轴向0.8～1.0 m间距设置。 

5.2　粘结法 

　　就是将耐火砖用粘结剂在窑筒体环向粘贴在事先划好的粘贴区段上，与干砌砖(也可用胶泥砌筑)交替砌筑。它适用于任何直径的窑，砌筑时与顶杠法一样，从窑筒体下半部位开始砌筑，砌筑方向与筒体回转方向相反(见图4)。粘结区域的数量取决于窑径的大小，窑径小于Φ4 m的窑可设5个粘结区，窑径增大时，可增设6个或更多个粘结区。目前广泛使用的粘结剂是由环氧树脂或聚丙烯酸酯树脂组成的双组分粘结剂，也就是树脂与硬化剂平时分开存放，使用时按固定比例调配，严格按说明混合，特别是要剧烈混合和不超过保存期，在规定的时间内将调配好的粘结剂用完。在砌筑前，必须严格清洁筒体，去除尘土、油污和水分，以保证粘结剂与筒体以及耐火砖良好的粘结，为便于清洁，可采用钢刷或砂轮。清理完毕后，可用粉笔在窑筒体上标出“粘结条带”——与粘结剂相粘结的一排耐火砖。每一粘结条带每圈大约有6排砖，为确保“粘结条带”区内砖与筒体之间有足够的强度，必须让接触粘结剂的砖面保持干燥。若窑衬采用火泥砌筑时，建议在有粘结剂的砖与有火泥缝的砖之间干砌一排砖(即缝中没有火泥)，以避免泥浆流入粘结区影响粘结强度。另外，由于在所有的砌筑方法中，径向膨胀均不得大于2 mm，为此，在粘结剂未产生强度以前，应确保粘结剂的砖不受任何机械负荷。 

6　膨胀缝的留设 

　　由于火砖热膨胀和回转窑横向椭圆变形(椭圆度)均会引起应力，所以在窑衬设计时必须留设膨胀缝，膨胀缝的大小可视耐火砖的性能和砌体所承受的温度来决定。通常取砖热面最高温度时的理论膨胀量的50%～100%作为膨胀缝的数值。回转窑的膨胀缝有三种：径向缝、环向缝和纵向缝(如图5)。径向缝一般是在砌砖前先铺一层底泥(火泥)