柳钢麦尔兹窑内耐火砖、浇注料坍塌的原因分析及处理实践

广西柳州钢铁集团有限公司(以下简称“柳钢”)1号麦尔兹窑于2008年6月投入生产，2013年初完成窑炉排空更换煤气喷枪的检修，2016年12月至今，1号窑出现过少量悬挂缸背部耐火砖、浇注料跌落现象。2019年4月，按计划要求对1号窑进行排空检修维护，更换悬挂缸背部跌落的部分耐火砖。由于窑炉连续生产期间，只能从成品、窑炉各类参数方面侧面了解麦尔兹窑的运行状况，无法具体判断窑炉内部砖衬等具体部位烧损情况，因此在确定窑炉检修之前，必须对窑炉状况进行预判，对设备、各类材料做好准备。检修之前，对窑壳表面温度进行了测量，从拨火门外部对悬挂缸底部浇注料情况进行了大致观察，发现各类悬挂缸底部耐材状况较好。因此，决定在该次检修中，主要考虑悬挂缸外部耐火砖的更换、煤气喷枪更换、卸料平台料斗补焊检查以及腐蚀的煤气管道更换。 在窑炉排空之后，检查发现，悬挂缸背部浇注料坍塌断裂，均卡在环形通道部位，窑炉内壁悬挂结块较多(图2)，且卸料平台料斗与窑壳外部焊接部位出现开裂等问题。本文重点对这些问题进行了分析探讨。 图1坍塌的悬挂缸侧墙浇注料 

图2麦尔兹窑窑壁结块 

1、麦尔兹窑窑壁结块 

1号麦尔兹窑排空后，窑壁部分位置存在较厚的白色结块，该类结块较硬，难以清理。其中，较厚的料层厚度约400 mm。麦尔兹窑窑筒煅烧带部位的有效内径为4.3 m，实际生产时，该料层将直接导致窑筒内径变小(横截面最小，有效内径降低至3.5 m)，影响物料顺利下移，必须组织人员使用风镐进行清理。 在生产中，石灰石原料内夹杂部分的Fe2O3和Al2O3进入窑内煅烧。在煅烧时，石灰石中的主要成分CaCO3发生分解，产生CaO。CaO与杂质中的Fe2O3发生化学反应，产生CaO·Fe2O3、2CaO·Fe2O3，CaO与Al2O3发生反应，生产CaO·Al2O3、3CaO·Al2O3。由于这些化合物，在1250~1 300℃高温时熔解，并大量熔解游离的CaO。在产生熔体的情况下，当该熔体与温度较低的气体相接触，即可发生凝结，在窑壁上形成该类结块。 日常生产时，石灰石在810~850℃开始分解，控制麦尔兹窑中间通道热电偶在850℃水平，就可以得到较好的石灰产品质量。在窑炉换向，系统释放窑压时，伴随着会有部分气体夹带粉尘通过喷枪管，返入煤气环管内。而在煅烧时，转炉煤气通过煤气喷枪进入窑内，由于煤气中夹杂水蒸汽，附着在煤气管壁上，与换向期间返入的粉尘发生反应，产生结块，附着在煤气喷枪管壁上，造成煤气管路堵塞。在煤气压力曲线趋势图上，可以明显观察到煤气管道压力非常高。该类现象导致喷枪煤气分配不一致，煅烧不均匀，部分部位煅烧温度局部偏高，产品出现偏生。而在操作上，为了减少产品受到用户异议的时间，则会提高煤气输入量，造成局部煤气分配更多，煅烧温度更高，加剧窑壁结块化合反应，形成结块。 虽然，在日常的检修中，对煤气吹扫程序、排水器等设施实施了改进，一定程度上避免了煤气环管堵塞，但要减少该类现象的出现(图3)，还必须定期对煤气枪管进行疏通，确保煤气通畅，均匀分配，以减少窑壁结块产生。 

2、悬挂缸背部耐火砖烧损 

麦尔兹窑悬挂缸位于窑本体的火焰“煅烧带”区域，是窑炉的关键核心设备。相比牛腿式麦尔兹窑，悬挂缸为麦尔兹窑提供了足够大的“环形通道”，有利于窑炉内部气体的流动，实现麦尔兹窑“并流蓄热”，同时也无须定期清理环形通道粉尘。施工时，需对单个悬挂缸钢结构底部锚固件进行焊接，使用刚玉质浇注料分成15块进行浇筑。待刚玉质浇注料足够硬化后，再分别对悬挂缸缸体内侧砌筑隔热板、保温砖、镁砖，对悬挂缸外侧砌筑隔热板、保温砖、高铝砖。为使悬挂缸背部砌筑成整个完整的圆环，每个窑筒悬挂缸外侧间隔90°方向均匀保留有四面弧长约788 mm的浇筑料层。然后使用国外进口锚固件焊接在悬挂缸外侧面，刚玉浇注料进行浇筑。当浇注料足够硬化后，拆模，再搭建砌筑环形通道顶部耐火砖(结构施工如图4)。悬挂缸背部耐火砖位于窑中间通道附近，受燃烧产生的高温烟气冲刷影响较大，工作环境恶劣，相比其他地方，更容易在使用过程中烧损。 

1号麦尔兹窑从2008年6月投入至今已经近11年，背部使用浇注料材质为刚玉质浇注料。此次检修进入窑内观察，共发现1号膛有1处侧墙浇注料，2号膛有2处出现整体坍塌断裂(如图1)，侧墙耐火砖整体的状况较好。但外观观察发现，1、2号膛悬挂缸背部近60%的耐火砖部分发生“胀鼓”，且部分侧墙浇注料锚固件已经断裂。出于安全考虑，必须对悬挂缸外墙耐火材料全部进行更换。

    相比莫来石浇注料，刚玉质浇注料导热系数较大，导致悬挂缸浇注料导热性增加，锚固件使用寿命缩短。浇注料受热应力影响，破损断裂后，高温烟气夹带粉尘从悬挂缸外侧保温隔热板进入耐火材料之间缝隙。由于大量粉尘进入，挤压耐火砖向外突出，出现部分耐火砖跌落。 在检修作业过程中，为避免环形通道顶部耐火砖跌落，产生更大事故。先使用钢丝绳从拨火门上部吊装模板、钢管等部件，对环形通道顶部耐火砖进行固定，再使用风镐、钢钎等对侧墙耐火砖、浇注料进行拆除。拆除后，需使用压缩空气对悬挂缸整体进行检漏，确认缸体外围钢结构无泄漏，然后再从悬挂缸底部浇注料往上开始砌筑耐火材料。为进一步延长该部分耐火砖使用寿命，在施工时，采用直径10 mm的国产耐热不锈钢锚固件替代原国外锚固件、全莫来石质钢纤维耐火材料替代原刚玉质浇注料。 3、卸料平台上部料斗漏风 

在恢复开窑的试压过程中，发现窑卸料平台外部炉壳出现漏风。窑内检查时，发现少量焊缝，对焊缝进行焊接处理后，漏风现象还是存在。为彻底找到漏风点，对卸料平台钢板上部灰浆层、耐火砖分段进行拆除查找(图7)，在卸料平台每个十字梁结构上方，发现炉壳外圈与卸料平台上部钢结构焊接部位开裂(如图8)，料斗顶部部分灌浆口均发现焊缝开裂(图9)。在处理该项漏风点时，需注意做好相应耐火砖坍塌防护，分段拆除部分耐火砖、喷涂料。对开裂部位实施焊接，并使用灌浆料封堵。 2009年，对1号窑卸料平台实施筋板改造‘纠后，至今未发现卸料平台料斗泄漏。而在停窑排空测漏时，却发现泄漏。主要原因还是窑炉冷却后，部分钢结构焊缝受外界环境温度急剧变化影响，应力发生变化，导致焊缝被拉裂。因此，在排空冷窑操作上，必须逐步缓慢降低窑温，尽量避免在潮湿雨季大修窑炉。在窑冷却状况下，砖缝比较大，大量的风通过砖缝和焊缝造成漏风。该类漏风现象不常见，也比较隐蔽，必须在恢复开窑之前仔细查找，才能彻底予以解决。 ，保证了煤气系统的畅通可靠，为生产顺行创造了条件。 

4、结语 

1号麦尔兹窑经过近6a的生产运行，由于原料经过水洗筛分，实现了精料入炉。因此，麦尔兹窑环形通道、中间通道相比5号窑大修时状况要好，未发现环形通道产生结瘤堵塞情况，煅烧带耐火砖的整体状况良好，使用寿命也在国内同行业麦尔兹窑的前列，但在耐火砖表面出现部分轻微火焰“凹痕”。这也充分说明，在线更换喷枪时，需要高度重视喷枪与窑壁的距离，避免喷枪火焰烧损耐火砖。此外，检修发现，经过煤气环管的定期清理，确保煤气系统顺畅，麦尔兹窑煤气喷枪寿命可超过预期，使用了近6 a，煤气喷枪只有2根头部出现了烧损。而悬挂缸底部浇注料已经使用12 a，状况依然良好。以上的理论分析及处理，有利于积累经验，将更好地指导今后麦尔兹窑排空检修。