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熱、機械和化學3種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)耐火磚的應(yīng)力并導致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內(nèi)位置的不同,上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況,它們使窯襯承受各種不同的應(yīng)力。
對堿性耐火磚,具有8種破壞因素,主要是:
?、?熟料熔體滲入
熟料熔體主要源自窯料和燃料,滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S、C4AF會強烈地溶蝕堿性磚中的方鎂石和其他部分,析出次生的CMS和C3MS2等硅酸鹽礦物,有時甚至還會析出鉀霞石。而熔體則會填充耐火磚襯內(nèi)氣孔,使該部分磚層致密化和脆化,加之熱應(yīng)力和機械應(yīng)力雙重作用,導致磚易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成,而預分解窯入窯物料溫度已達800~860℃,因此熟料熔體滲入貫穿于整個預分解窯內(nèi),即熟料熔體對預分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。
?、趽]發(fā)性組分的凝聚
預分解窯內(nèi),堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚,反復循環(huán),導致生料中這些組分的富集。窯尾熱級預熱器中生料的R2O、SO3含量往往分別增至原生料的5倍、3~5倍,當熱物料進入窯筒體后部1/3部位,物料中的揮發(fā)性組分將會在所有磚面及磚層內(nèi)凝聚沉積,使該處高度致密化,并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分,導致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱,形成膨脹性的鉀霞石、白榴石,使磚堿裂損壞,并在熱-機械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預分解窯從窯尾至燒成帶開始整個無窯皮帶,越靠近高溫帶,窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深,窯襯損壞就越嚴重,因此要特別注意對該部位窯襯的選型。
?、?還原或還原-氧化反應(yīng)
當窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時,易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒,使鎂鉻磚內(nèi)Fe3+還原成Fe2+,發(fā)生體積收縮,而且Fe2+在方鎂石晶體中的遷移擴散能力比Fe3+強得多,這又進一步加劇了體積收縮效應(yīng),從而使磚內(nèi)產(chǎn)生孔洞、結(jié)構(gòu)弱化、強度下降。同時,窯其中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應(yīng)反復發(fā)生,磚便產(chǎn)生化學疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護的區(qū)域。
④過熱
當窯熱負荷過高,使磚面長時間失去窯皮的保護時,熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移,而使磚襯冷面層致密化,熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生燒成帶的正火點區(qū)域),從而不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞,易于損壞。近年來,在冷卻帶和過渡帶,有不少企業(yè)使用了硅莫磚,大部分硅莫磚的事故是由于過燒造成的,很少有其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來石構(gòu)成,而且碳化硅起著非常重要的作用,理論上當溫度上升到2500℃左右,碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨,實際上在窯內(nèi)還原氣氛條件下,碳化硅在1700℃左右已開始分解,對硅莫磚構(gòu)成致命的破壞。
⑤熱震
當窯運轉(zhuǎn)不正?;蚋G皮不穩(wěn)定時,堿性磚易受熱震而破壞。窯皮突然垮落,致使磚面溫度瞬驟升(甚至高達上千度),而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱用力。此外,窯的頻繁開停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當熱應(yīng)力超過磚襯的結(jié)構(gòu)強度時,磚就開始開裂,并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深,后使磚碎裂。窯皮掉落時帶走處于熱面層的碎磚片,使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。
⑥ 熱疲勞
窯運轉(zhuǎn)時,當磚襯沒入料層下,其表面溫度降低,而當磚襯暴露于火焰中,則表面溫度升高,窯每轉(zhuǎn)一周,磚襯表面溫度升降幅度可達150~230℃,影響深度15~20mm,如預分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min,這種周期性溫度升降每月達130000次之多。這種溫度升降多次重復導致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞,加速了磚的剝落損壞。
?、邤D壓
回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)時,窯襯收到壓力、拉力、扭力和剪切等機械應(yīng)力的綜合作用。其中,要的轉(zhuǎn)動、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落,使磚受到動力學負荷:磚和窯皮的質(zhì)量及磚自身的熱膨脹,使磚承受靜力學負荷。此外,襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運動,以及擋磚圈和窯體上的焊縫等,均會使磚襯承受各種機械應(yīng)力作用。當所有應(yīng)力之和超過了磚的結(jié)構(gòu)強度時,磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預分解窯整個窯襯內(nèi)。
對于緊靠擋磚圈的磚,大部分損壞是由于擠壓力造成的。
⑧磨損
預分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護時,熟料和大塊窯皮又較硬,會對該部位的耐火磚襯產(chǎn)生較嚴重的沖擊和磨損損壞。
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