１　窯襯損壞機(jī)理及影響因素
　　一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為４個(gè)帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶，亦有只將預(yù)分解窯劃分為分解帶和燒成帶（包括放熱反應(yīng)帶、燒成帶、冷卻帶）的，就機(jī)理而言，兩種劃分法是一致的。四帶中，燒成帶窯襯最為關(guān)鍵。目前國內(nèi)外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性磚。
　　

Ｂａｒｔｈｅｌ指出，熱、機(jī)械和化學(xué)３種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)的應(yīng)力并導(dǎo)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。對堿性磚，Ｂａｒｔｈｅｌ總結(jié)出具體的８種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原 －氧化反應(yīng)、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這８種因素對窯內(nèi)不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現(xiàn)就這８種因素?fù)p壞堿性磚的機(jī)理分別作一簡述。
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（１）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和C4AF會(huì)強(qiáng)烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會(huì)析出鉀霞石；而熔體則會(huì)充填磚襯內(nèi)氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力雙重作用，導(dǎo)致磚極易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預(yù)分解窯入窯物料溫度已達(dá)800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個(gè)預(yù)分解窯窯內(nèi)，即熟料熔體對預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。
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　(２)揮發(fā)性組分的凝聚。預(yù)分解窯內(nèi)，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾最熱級預(yù)熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3倍～5倍和80倍～100倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區(qū)段后)，物料中的揮發(fā)性組分將會(huì)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(dǎo)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(jī)械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開始整個(gè)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(yán)重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。
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　(３)還原或還原 －氧化反應(yīng)。當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內(nèi)的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴(kuò)散能力比Fe3+強(qiáng)得多，這又進(jìn)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(qiáng)度下降。同時(shí)，窯氣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(fù)發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。
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(４)過熱。當(dāng)窯熱負(fù)荷過高，使磚面長時(shí)間失去窯皮的保護(hù)時(shí)，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(一般易生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動(dòng)和熱疲勞，易于損壞。
　(５)熱震。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蚋G皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達(dá)上千度)，而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)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(dāng)熱應(yīng)力一旦超出磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，最后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。
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(６)熱疲勞。窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉(zhuǎn)一周，磚襯表面溫度升降幅度可達(dá)150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達(dá)130000次之多。這種溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。
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　(７)擠壓。回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，窯的轉(zhuǎn)動(dòng)、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動(dòng)力學(xué)負(fù)荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負(fù)荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運(yùn)動(dòng)，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會(huì)使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個(gè)窯襯內(nèi)。
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(８)磨損。預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護(hù)，而熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì)對該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

２　降低窯襯消耗的措施
　　
　(１)注重襯料的選型和合理匹配。新型干法窯特別是大型預(yù)分解窯，使用了熱回收效率在60%以上的高效冷卻機(jī)以及燃燒充分且一次風(fēng)比例較少的多通道噴煤嘴(火焰火力集中，靈活可調(diào))；且窯頭和窯罩又加強(qiáng)了密閉和隔熱,因此,出窯熟料溫度可高達(dá)1400℃,入窯二次風(fēng)溫可高達(dá)1200℃，從而造成系統(tǒng)內(nèi)過渡帶、燒成帶、冷卻帶及窯門罩、冷卻機(jī)高溫區(qū)以及燃燒器外側(cè)等部位的工作溫度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯。因此，燒成帶正火點(diǎn)可使用直接結(jié)合鎂鉻磚、特種鎂磚或白云石磚；正火點(diǎn)前后兩側(cè),視設(shè)備、操作和原燃料情況，可采用與正火點(diǎn)相同的磚或普通鎂鉻磚；過渡帶則主要使用尖晶石磚、富鉻鎂磚或含鋯增韌白云石磚。窯卸料口內(nèi)襯是大型窯窯襯中最薄弱環(huán)節(jié)之一，新窯或規(guī)則的窯上可用碳化硅磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。對窯口溫度較低的窯，可使用熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的高鋁磚或磷酸鹽結(jié)合高鋁磚；若窯口變形時(shí)則可用剛玉質(zhì)或鋼纖維增強(qiáng)剛玉質(zhì)澆注料或低水泥型高鋁質(zhì)澆注料。
　　

(２)把好進(jìn)貨質(zhì)量關(guān)和窯襯施工質(zhì)量關(guān)。要嚴(yán)格遵守“水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程”中的相關(guān)要求，選購耐火材料時(shí)，應(yīng)要求供貨商提供產(chǎn)品質(zhì)量擔(dān)保書，并應(yīng)取樣送有關(guān)權(quán)威監(jiān)測部門復(fù)檢，以杜絕假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)廠。與此同時(shí)，對施工質(zhì)量亦要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，以確保窯襯的耐火性、密封性、隔熱性、整體性、耐久性。重點(diǎn)應(yīng)對耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術(shù)問題嚴(yán)格把關(guān)。首先，更換窯襯前要編制施工方案，按砌筑要求在窯內(nèi)劃出縱向和橫向控制線；其次，每天召開有關(guān)負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)會(huì)，及時(shí)解決施工中出現(xiàn)的問題；第三是實(shí)行項(xiàng)目負(fù)責(zé)制，設(shè)立專人跟班監(jiān)督；最后，要求砌筑選用耐火磚，不得缺角少棱。
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(３)準(zhǔn)確把握局部挖補(bǔ)與整段更換窯襯的界限。兩者界定的一般原則為：掉磚處周圍的厚度不低于100mm，且掉磚周圍磚的結(jié)構(gòu)未發(fā)生裂縫和排列錯(cuò)亂現(xiàn)象，這時(shí)可采用挖補(bǔ)的方法。否則就需要進(jìn)行整段更換。正確的判斷，不僅可以降低窯襯消耗，縮短停窯的時(shí)間，而且可提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。
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(４)堅(jiān)持合理的烘窯升溫制度。窯襯砌筑好后還須妥善烘烤，烘烤時(shí)升溫不能過快，以免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力而導(dǎo)致磚襯開裂、剝落。由于耐火磚的品種較多，根據(jù)實(shí)踐及文獻(xiàn)介紹，使用Ｂ型磚時(shí)，因磚數(shù)量較多 ， 對磚襯膨脹的襯償量較大 ，按0.5℃／min～1℃／min區(qū)段內(nèi)的升溫制度烘烤時(shí)，磚襯內(nèi)壓應(yīng)力總是低于磚的強(qiáng)度，非常安全。因此，預(yù)分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。
　　

對2000t/d熟料的窯內(nèi)新砌堿性磚襯，烘烤時(shí)升溫速度以30℃/h較為適宜，更換磚襯長度在30m以內(nèi)時(shí)，取約50℃/h；停窯后燃燒帶內(nèi)仍保持300℃以上溫度時(shí)可取約125℃/h。這樣上述三種烘烤制度升溫至1400℃所需的烘烤時(shí)間分別為48ｈ、25ｈ和10ｈ。對于能力及磚型更大的窯，還應(yīng)增加10%～20%的烘烤時(shí)間。
　

　烘烤時(shí)窯速的控制原則一般為：溫度在300℃～500℃范圍內(nèi)每30min轉(zhuǎn)窯1/3圈，600℃～800℃范圍內(nèi)每15min轉(zhuǎn)1/2圈，900℃～1100℃范圍內(nèi)以最低速連續(xù)轉(zhuǎn)窯，從1200℃至工作溫度可漸增至正常窯速。若新砌的磚襯為高鋁、粘土和輕質(zhì)磚則應(yīng)適當(dāng)加快窯速，但應(yīng)采取與磚質(zhì)相應(yīng)的升溫制度。
　

　有些廠家更換窯襯后急于投料生產(chǎn)，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏必要的措施來保護(hù)窯體和窯襯的安全，導(dǎo)致窯體及窯襯不必要的損壞。若欲快速烘窯，必須采取以下措施：①控制好窯體變形：控制好窯體，特別是從窯頭起第二檔輪帶處窯體不變形，同時(shí)為了消除窯體和輪帶升溫過程中溫差所造成的耐火磚及窯體的損壞，必須用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻第二檔輪帶的兩側(cè)窯體。②控制廢氣溫度：快速烘窯煤耗較大，窯氣溫度高，為了降低廢氣溫度，開窯時(shí)就要開動(dòng)增濕塔系統(tǒng)。③選用適當(dāng)?shù)哪突鸫u，堿性磚在工況下必須保持應(yīng)有的結(jié)構(gòu)韌性，顯氣孔率不能太小，厚度亦應(yīng)嚴(yán)格控制。其中直接結(jié)合鎂鉻磚對6ｈ～8ｈ的快速烘窯不適應(yīng)，應(yīng)注意。
　

　窯襯烘烤必須連續(xù)進(jìn)行，直至完成且要做到“慢升溫，不回頭”。為此烘烤前必須對系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車，還要確保供電。此外，停窯時(shí)窯襯的冷卻制度亦對未更換的磚的使用壽命有很大影響，因此停窯不換磚時(shí)必須慢冷以保窯襯安全。對于大型預(yù)分解窯，在停窯時(shí)可用輔助傳動(dòng)進(jìn)行慢轉(zhuǎn)窯、扣風(fēng)，并在24ｈ后方可打開窯門進(jìn)行快速冷卻。
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　(５)窯皮的粘掛及保護(hù)。燒成帶及其兩側(cè)過渡帶磚襯上窯皮的穩(wěn)定與否，這是影響磚襯使用壽命的決定性條件。
　　新磚砌好，按正常升溫制度達(dá)投料溫度后，即進(jìn)行投料。第一層窯皮的形成就是從物料進(jìn)入燒成帶及前后過渡帶時(shí)開始，必須嚴(yán)格控制熟料結(jié)粒細(xì)小均齊，配料合理；耐火磚熱面層中應(yīng)形成少量熔體，使熟料與磚面牢固地粘結(jié)。粘結(jié)后，磚襯表面層溫度降低，熔體量減少，粘度增大，粘結(jié)層與磚襯面間粘結(jié)力就越大；而熟料繼續(xù)粘到新粘結(jié)的熟料上，使窯皮不斷加厚，直至窯皮過厚，窯皮表面溫度過高而造成該處熟料中熔體含量過多且粘度小，熟料不能再相互粘結(jié)為止。第一層窯皮粘掛的質(zhì)量優(yōu)劣對延長窯襯壽命有重要的作用。
　

　窯皮實(shí)質(zhì)上是窯料的流量和成分。窯正常運(yùn)行時(shí)，入窯燃料的質(zhì)和量及其燃燒性狀，以及耐火磚在高溫下的性態(tài)等是不斷變化的。因此為了掛好窯皮且保護(hù)好窯皮包括補(bǔ)掛好窯皮，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施：①砌完磚必須進(jìn)行窯內(nèi)清理；投料后應(yīng)嚴(yán)格保證系統(tǒng)溫度及燒成帶溫度，使第一批窯料和該處耐火磚同時(shí)處于良好的掛窯皮狀態(tài)。同時(shí)掛窯皮時(shí)喂料量按正常量的80%即可。②開窯前要嚴(yán)格檢查燃燒控制系統(tǒng)、噴嘴結(jié)構(gòu)和位置及火焰形狀，并使之保持正常。預(yù)分解窯掛窯皮時(shí)間一般為1ｄ。
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　(６)減少停窯次數(shù)，提高預(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。由于頻繁的非計(jì)劃開停窯，往往是緊急止料停窯，會(huì)造成襯磚熱面迅速冷卻，收縮過快，磚內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞應(yīng)力。應(yīng)力隨多次停窯頻繁作用于磚內(nèi)，導(dǎo)致其過早開裂損壞。再次開窯時(shí)，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯內(nèi)磚位扭曲，降低窯襯使用壽命。表３為某兩個(gè)廠歷年運(yùn)轉(zhuǎn)率與窯襯消耗的對應(yīng)關(guān)系。
　　頻繁開停窯多發(fā)生于系統(tǒng)存在重大問題或剛進(jìn)行過系統(tǒng)檢修期間，但通過采取以下系列措施可以減少停窯次數(shù)：
　　第一，在嚴(yán)把進(jìn)廠配件、材料質(zhì)量關(guān)的基礎(chǔ)上，檢修時(shí)實(shí)行每個(gè)子項(xiàng)目專人負(fù)責(zé)，并實(shí)行專業(yè)化管理，以確保檢修質(zhì)量，每次檢修完畢后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試車，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。
　　第二，精心操作，根據(jù)入窯生料、燃料質(zhì)量、熟料結(jié)粒狀況等綜合因素動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)，做到“預(yù)先小調(diào)整，防止大波動(dòng)”，確保熱工制度穩(wěn)定，以避免系統(tǒng)大量掉窯皮。
　　第三，應(yīng)堅(jiān)持日巡檢制度，要求各車間、專業(yè)、系統(tǒng)每日至少進(jìn)行一次巡檢，做到“全員參與，全面巡檢”，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
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(７)穩(wěn)定窯的熱工制度。窯在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如熱工制度不穩(wěn)，會(huì)造成窯內(nèi)襯料忽冷忽熱，窯皮時(shí)長時(shí)塌，極易發(fā)生耐火磚開裂剝落、炸頭等現(xiàn)象，使用壽命大大縮短。因此，必須采取以下相應(yīng)措施：
　?、佟拔宸€(wěn)保一穩(wěn)”，即入窯生料成分穩(wěn)定，入窯喂料量穩(wěn)定，燃料成分穩(wěn)定，燃料喂入量穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，只有實(shí)現(xiàn)這“五個(gè)穩(wěn)定”，方能保證窯系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。
　?、陲L(fēng)、煤、料和窯速的合理匹配——四者相互聯(lián)系又相互制約，必須相互適應(yīng)相互匹配，才能保證熱工制度的穩(wěn)定。
　?、鄱嗤ǖ绹娒汗鼙仨氠槍Σ煌嘿|(zhì)、不同窯況等進(jìn)行合理動(dòng)態(tài)操作調(diào)整，得到一合適的火焰，以保證熱工制度穩(wěn)定。
　?、芎侠碚{(diào)整篦冷機(jī)的操作，保證穩(wěn)定的二、三次風(fēng)量及風(fēng)溫，同時(shí)兼顧與窯的同步操作，達(dá)到穩(wěn)定熱工制度之目的。

３　結(jié)語
      影響預(yù)分解窯窯襯消耗的因素較多，也較復(fù)雜，只有不斷摸索，采用新技術(shù)、新材料和提高操作水平來滿足不斷發(fā)展的預(yù)分解窯，從而達(dá)到既可降低消耗，又可使窯系統(tǒng)均衡穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)之目的。