煤系針狀焦煅燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李強(qiáng)生，趙春竹

（中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山114044）

關(guān)鍵字：煤系針狀焦；煅燒；內(nèi)襯；結(jié)構(gòu)改造

煅燒是針狀焦生產(chǎn)三大工序之一。目前煅燒設(shè)備一般采用長度在40～70 m不等的回轉(zhuǎn)窯（依據(jù)產(chǎn)能）。回轉(zhuǎn)窯工作時(shí)，煅燒帶溫度高達(dá)1 400～1 500℃，為保證金屬筒體不被燒壞，窯體內(nèi)部須鋪設(shè)耐火內(nèi)襯。耐火內(nèi)襯是與回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁通過錨固件緊密結(jié)合的一層耐火度不低于1 580℃的耐高溫、致密耐磨并能承受高溫荷重作用的材料，它是回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程中物料傳熱、傳質(zhì)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等熱工過程得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)窯的筒體由鋼板制成,其壽命可達(dá)20年以上,而耐火內(nèi)襯材料壽命一般只有1～2年，有時(shí)運(yùn)行幾個(gè)月或半年就需停窯對內(nèi)襯進(jìn)行中、小修，而每次內(nèi)襯維修都要經(jīng)過停窯降溫和烘窯升溫兩個(gè)過程，耗時(shí)最短一般也需一個(gè)月左右，且維修費(fèi)用也很高，增大了生產(chǎn)成本。因此，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯壽命成為影響正常生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。

本文以某公司煤系針狀焦煅燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯維修改造為例，探討新形式內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、理化性能、鋪設(shè)以及烘爐方面的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

1 回轉(zhuǎn)窯主要技術(shù)參數(shù)

某公司煤系針狀焦煅燒回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu)及窯體主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）鋼筒體規(guī)格：Ф2.8 m×60 m

（2）斜度：3%（傾斜角為1.72°）

（3）支撐方式:三組托輪支承/中檔一組液壓擋輪

（4）轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（從窯尾看）

（5）筒體生產(chǎn)可用轉(zhuǎn)速（變頻調(diào)速）：1～3 r/min

（6）筒體輔助轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速：0.115 r/min

（7）支撐擋數(shù)：3擋

（8）二次風(fēng)：共12個(gè)風(fēng)嘴

（9）產(chǎn)能：下料量8 t/h，產(chǎn)能6 t/h

（10）填充率：7%～10%

回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu)及使用溫度如圖1所示。

圖1 煅燒回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及溫度帶劃分示意圖

2 改造前回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及存在的問題

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)一般分為兩種：一種為耐火預(yù)制磚，另一種為不定型耐火澆注料。在耐火磚和澆注料的選擇方面，由于兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，使國內(nèi)炭素回轉(zhuǎn)窯行業(yè)難以統(tǒng)一觀點(diǎn)。耐火磚修襯速度快、壽命長，但成本高、窯負(fù)荷大、維修復(fù)雜；澆注料修襯速度慢、壽命不理想，但成本低、窯負(fù)荷小、維修簡便。

目前,不定型耐火澆注料內(nèi)襯在炭素行業(yè)回轉(zhuǎn)窯上得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。而澆注料與預(yù)制磚相結(jié)合的方式的出現(xiàn)，使二者相互彌補(bǔ)了缺點(diǎn)，經(jīng)過最近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，已日趨成熟。

某公司煤系針狀焦煅燒回轉(zhuǎn)窯改造前內(nèi)襯砌筑僅采用澆注料形式，在運(yùn)行過程中存在如下問題：

（1）壽命短：由于澆注料施工過程中帶入的水分多，導(dǎo)致在烘窯過程中結(jié)晶水大量溢出，使內(nèi)襯產(chǎn)生大量的細(xì)小裂紋，在生產(chǎn)過程中不斷擴(kuò)大；同時(shí)，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，高溫粉末物料，會(huì)沿著回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯縫隙滲透到耐火強(qiáng)度較低的保溫層，掏空保溫層并不斷地氧化連接內(nèi)襯與筒體金屬錨固件，直至使錨固件完全氧化脫離回轉(zhuǎn)窯筒體，從而引起內(nèi)襯脫落，降低回轉(zhuǎn)內(nèi)襯使用壽命?；谏鲜鲈?，某公司回轉(zhuǎn)窯改造前僅連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2～3個(gè)月就出現(xiàn)內(nèi)襯大面積脫落現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)5～6個(gè)月左右即實(shí)施內(nèi)襯中、大修；

（2）施工時(shí)間長：每一條澆注料都需要進(jìn)行模板的安裝、拆卸，增加施工周期；

（3）烘窯時(shí)間長：由于全部采用現(xiàn)場澆注的工藝內(nèi)襯水分較大，需要養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間一般不少于一周時(shí)間，養(yǎng)生結(jié)束后，才能開始進(jìn)行烘窯。

改造前回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)截面如圖2所示。

圖2 改造前內(nèi)襯結(jié)構(gòu)剖面示意圖（單位：mm）

3 窯內(nèi)襯改造選用的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

依據(jù)煤系針狀焦煅燒回轉(zhuǎn)窯溫度分布及加熱制度特點(diǎn)，經(jīng)反復(fù)研討，針對該公司回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯修復(fù)，擬采用輕質(zhì)保溫料和低水泥莫來石澆注料組成復(fù)合型內(nèi)襯，耐材理化性能見表1。

表1 耐材改造選用耐材的理化性能指標(biāo)

3 內(nèi)襯改造選用的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

3.1 改造后的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式

改造后窯內(nèi)襯為澆注料與預(yù)制磚縱向間隔分布，其結(jié)構(gòu)截面如圖3所示，耐火預(yù)制磚結(jié)構(gòu)尺寸如圖4所示。

圖3 改造后內(nèi)襯剖面圖（單位：mm）

圖4 改造后預(yù)制磚結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

3.2 實(shí)施新內(nèi)襯結(jié)構(gòu)改造的優(yōu)點(diǎn)

將原單一澆注料形式的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)改造為澆注料與預(yù)制磚縱向間隔分布的結(jié)構(gòu)形式，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于預(yù)制塊在出廠前已在高溫條件下進(jìn)行了焙燒，經(jīng)焙燒后的預(yù)制塊基本不含水分，在烘窯過程中只有現(xiàn)澆部分有水分排出，因此所留下的膨脹縫只有過去的一半；焙燒成型的預(yù)制塊升溫過程中伸縮均勻，不易造成不規(guī)則裂紋。

（2）新型預(yù)制塊兩側(cè)中部采用凹形槽設(shè)計(jì)，現(xiàn)場澆注時(shí)由于澆注料填實(shí)凹槽形成“凹凸”咬合密封，能有效阻擋高溫炭粉對保溫層的沖刷，有利于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯壽命的延長，提高設(shè)備的利用率。

（3）預(yù)制塊底部兩側(cè)采用不銹圓鋼“外探”設(shè)計(jì)，便于與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁直接焊接，保證預(yù)制塊能夠在窯體發(fā)生輕微振動(dòng)時(shí)不脫落。

4 內(nèi)襯改造施工工藝

4.1 分段施工

60 m長度的回轉(zhuǎn)窯分兩部分施工：

（1）回轉(zhuǎn)窯窯頭端前40 m（高溫段）為預(yù)制塊加澆注料砌筑，澆注料分二層，最下部為輕質(zhì)保溫磚，上部為耐磨澆注料。預(yù)制塊為復(fù)合型，預(yù)制生產(chǎn)時(shí)放置一層輕質(zhì)保溫磚?？偤穸?00 mm，其中保溫層90 mm，耐火層210 mm。前40 m由于煅燒溫度較高，預(yù)制磚和澆注料施工時(shí)，緊挨筒體先鋪上一層5 mm厚陶瓷纖維紙，更利于保溫。

（2）回轉(zhuǎn)窯窯尾端后20 m（低溫段）為預(yù)制塊加澆注料砌筑，總厚度270 mm，其中保溫層厚80 mm，耐火層厚190 mm。

4.2 復(fù)合預(yù)制塊砌筑施工

（1）內(nèi)襯施工分為36條進(jìn)行，按徑向劃分為18等份，標(biāo)出預(yù)制塊所要砌筑的位置，所砌筑預(yù)制塊位置的窯內(nèi)壁不能有凸起并保證平整。

（2）首先砌筑預(yù)制塊，預(yù)制塊按照標(biāo)記線砌筑要求軸線方向不得扭曲。

（3）砌筑預(yù)制塊時(shí)底部先墊上一層纖維紙，磚與磚之間的泥漿要飽滿，特別是兩磚之間的灰縫要小于4 mm。電焊工在砌筑工的后面將砌筑好的預(yù)制塊牢固地焊接在筒體上。

（4）一條焊接完成后，緊接著砌筑下一條預(yù)制塊，然后轉(zhuǎn)動(dòng)180°，再砌筑兩條。以此類推，直至完成全部預(yù)制塊的砌筑。

（5）預(yù)制塊砌筑完工后，在兩條預(yù)制磚條之間焊接錨固件并鋪設(shè)輕質(zhì)保溫磚。按株距將錨固釘焊接牢固。錨固釘焊接必須牢固，可用鐵錘敲擊其上部，能將錨固釘敲彎而焊接部位不開裂為合格。

（6）一條錨固釘全部焊接后，緊跟鋪設(shè)輕質(zhì)保溫磚，鋪設(shè)時(shí)前40 m下部先墊上一層纖維紙（后20 m不鋪），然后再鋪上一層高強(qiáng)座泥，使輕質(zhì)磚與回轉(zhuǎn)窯筒體之間完全密實(shí)。一條鋪設(shè)完成以后，隨后進(jìn)行耐磨澆注料的施工。

4.3 耐磨澆注料（工作襯）施工

（1）澆注料施工環(huán)境溫度及精度要求

嚴(yán)格執(zhí)行澆注料水分的計(jì)量記錄工作，并設(shè)專業(yè)人員負(fù)責(zé)。澆注料施工最佳溫度為10～25℃，如外部環(huán)境氣溫太低時(shí)，必須將澆注料用水采取有效措施加熱至要求溫度。澆注料的加水量、干混和濕混時(shí)間見表2，窯體澆注料厚度及精度見表3。

表2 澆注料的加水量、干混和濕混時(shí)間

表3 窯體澆注料厚度及精度

（2）澆注料施工步驟

①在一條澆注條內(nèi)的錨固件焊接和輕質(zhì)板鋪設(shè)完工后開始進(jìn)行重質(zhì)澆注料的澆注。澆注由窯尾向窯頭進(jìn)行，每次澆注一條。

②攪拌好的物料倒入兩條預(yù)制磚之間的空隙內(nèi),按厚度要求一次倒?jié)M,如間隔時(shí)間長,二次加料覆蓋易于分層。在振動(dòng)中振動(dòng)棒移動(dòng)或拉出料面時(shí)必須緩慢勻速，防止遺留孔洞。振動(dòng)好的工作層表面用手工抹平，不要形成明顯的泛漿。當(dāng)細(xì)料泥漿泛在表面時(shí)，在應(yīng)用過程中易產(chǎn)生裂紋，降低材料耐磨度。

③施工膨脹縫分布,每一條澆注料在長度方向上，相隔約700 mm切一條垂直施工膨脹縫（應(yīng)對應(yīng)預(yù)制塊施工縫）。

④施工完一條后，必須待其硬化6～12 h至終凝后，方可轉(zhuǎn)窯。每次轉(zhuǎn)動(dòng)90°，進(jìn)行下一條的澆注施工，施工方法同上。

（3）脫模

在氣溫6～20℃時(shí)，硬化6～8 h后脫模。必要時(shí)可根據(jù)凝固情況適當(dāng)提前脫模，但必須保證澆注體具有足夠強(qiáng)度情況下才能進(jìn)行。冬季施工或氣溫過低時(shí)，可適當(dāng)延長脫模時(shí)間。

（4）養(yǎng)護(hù)

脫模后，必須經(jīng)過3 d或3 d以上的自然養(yǎng)護(hù)才能進(jìn)行低溫烘烤，自然養(yǎng)護(hù)期間無需灑水。若氣溫低于6℃時(shí)，必須采取保溫措施。

5 改造前后回轉(zhuǎn)窯烘窯對比

該公司回轉(zhuǎn)窯改造前由于完全采用不定型耐火澆注料澆注而成，其烘窯曲線見圖5，烘窯時(shí)間約為30 d。改造后烘窯曲線見圖6，由于大量使用耐火預(yù)制磚，保溫時(shí)間可適當(dāng)減少，烘窯時(shí)間僅為13 d左右，節(jié)省一半的烘窯時(shí)間，大大降低了烘窯時(shí)間成本。

圖5 原烘爐曲線圖

圖6 新烘爐曲線圖

6 結(jié)論

實(shí)踐證明，通過采用新型預(yù)制塊與現(xiàn)場澆注相結(jié)合的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)新形式，能夠大大降低回轉(zhuǎn)窯的修窯時(shí)間，并有效延長使用壽命。

（1）砌筑時(shí)間縮短。由于采用預(yù)制磚與澆注料混合結(jié)構(gòu)改造，現(xiàn)場施工時(shí)間縮短1/3。

（2）烘窯時(shí)間縮短。改造后烘窯時(shí)間縮短1/2。

（3）由于使用預(yù)制磚，盡管改造成本有所增加，但使用壽命大大提高，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，改造后耐材使用壽命延長至10～12個(gè)月，為改造前的兩倍，能夠大幅提高連續(xù)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。