1 前言

　　隨著水泥工藝技術的進步和發(fā)展，各水泥廠普遍采用“三高”配料，超產(chǎn)情況普遍，加上原燃料劣化等因素，使得水泥窯關鍵部位耐材的使用工況日益惡化，損毀加快。特別是篦冷機喉部、篦冷機矮墻、三次風閘閥等部位的耐火材料，由于其特殊的工況條件，采用傳統(tǒng)的澆注料已不能滿足水泥窯高運轉率的要求，已成為制約水泥窯運轉率提高的瓶頸。

　　目前在水泥窯的篦冷機喉部、篦冷機矮墻、和三次風閘閥、窯尾煙室等易損部位的耐火材料仍多采用耐火澆注料，但這些易損部位受到水泥工藝條件和窯內的風速，煙氣含塵量，煙氣成份、顆粒硬度、溫度波動等諸多方面的影響，耐火材料也受到相應的化學侵蝕，沖刷磨損、機械應力及熱剝落等因素的影響，使用壽命較短。耐火材料過早的損壞，增加了停窯檢修的次數(shù)，降低了水泥窯的運轉率，額外增加了檢修費用，減少了熟料的產(chǎn)出，并且降低了其他部位耐材的使用壽命。在這種情況下，預制件作為一種獨特的解決方案開始出現(xiàn)，通達公司經(jīng)過多年的技術積累，優(yōu)化設計了篦冷機喉部，三次風管閘閥，篦冷機矮墻等部位選擇預制件的解決方案，并在水泥窯易損部位取得了令人滿意的使用效果。經(jīng)統(tǒng)計表明,使用預制件后,延長了耐火材料的使用周期，使該部位的耐材損耗降低40%以上，間接的為水泥企業(yè)縮短了至少30%以上的停窯時間,員工由于澆注料修補而造成的工作強度可減少至少30%以上；另一方面，使用壽命的延長使得耐材的平均消耗成本也有不同程度的降低，由于所有預制件都是采用直接砌筑,縮短了施工時間，降低了施工成本，并且取消了部分鈀釘和硅酸鈣板,因此從綜合成本考慮,成本至少降低20%。預制件的使用提高了窯的運轉率，減少了停窯次數(shù)，提高了孰料產(chǎn)量，大大提高了水泥廠的綜合經(jīng)濟效益。

　　2 不定形耐火材料的定形化

　　耐火材料分為定形耐火材料和不定形耐火材料，但目前定形和不定形的界限正逐漸變得模糊，預制件介于定形和不定形之間，是將不定形耐火材料定形化，兼具定形和不定形的優(yōu)點，是不定形耐火材料施工和應用技術發(fā)展的一個新方向。目前在冶金行業(yè)，已經(jīng)有越來越多的用戶選擇使用澆注料預制件，以便縮短施工，養(yǎng)護和烘烤的時間，進而增加了設備的循環(huán)和利用率。因而近年來，預制件的品種激增，不勝枚舉，常見的包括高爐出鐵溝預制件，電爐頂預制件，鋼包透氣磚、座磚、沖擊板，鋼包底預制件，中間包擋渣堰、沖擊板，加熱爐用燒嘴、蓄熱體、耐磨滑塊等等。在水泥行業(yè)，預制件憑借著其具有澆注料無可替代的優(yōu)點，也逐漸在水泥窯關鍵部位（如：篦冷機喉部、篦冷機矮墻、三次風閥、窯尾煙室）上逐漸推廣開來，已經(jīng)有越來越多的水泥廠家開始接受并采用預制件的解決方案，并在使用中顯現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能，為水泥廠家和耐材廠家都帶來了良好的經(jīng)濟效益。

　　預制件是將預施工的部位提前分割成小塊，并設計出特殊的形狀，按形狀制作模具，在工廠預澆注成型、養(yǎng)護、烘烤完畢后運到現(xiàn)場吊掛拼裝。預制件的安裝改變了傳統(tǒng)澆注料的現(xiàn)場澆注施工的安裝方法，使施工簡便易行，可以省去現(xiàn)場攪拌、澆注或搗打以及相應的裝備,節(jié)約了施工時間，并且使現(xiàn)場施工不受施工環(huán)境和季節(jié)的影響，保證了施工質量。

　　水泥窯關鍵部位耐火材料由于所處工況比較惡劣，因而在施工過程中需要較高的施工質量，而在水泥窯檢修期間，一般工期較短，現(xiàn)場澆注施工質量難以保證，施工質量的好壞對耐火材料的使用壽命有很大的影響。加水量的增加會使?jié)沧⒘系臍饪茁试龃螅瑥姸冉档?，并嚴重影響澆注料的耐磨性能。澆注料施工完畢，必須有一定的養(yǎng)護時間，養(yǎng)護完成后還必須進行烘烤處理，否則容易爆裂。澆注料現(xiàn)場施工的這些缺點不僅影響了耐材的使用壽命，也延長了檢修的時間。

　　預制件的應用解決了澆注料現(xiàn)場施工的缺點，大大延長了耐火材料的使用壽命。與澆注料相比預制件的使用具有以下優(yōu)點：

　　(1) 吊掛拼裝能有效的避免澆注料內部因結構應力所導致的不規(guī)則裂紋的出現(xiàn)。

　　(2) 工廠預制具有充足的施工時間和良好的施工環(huán)境，可以不受環(huán)境或季節(jié)條件的限制，能充分保證施工質量，大幅降低因施工不規(guī)范造成的質量問題，耐磨性能好。

　　(3) 工廠預制提前進行充分的養(yǎng)護，免去現(xiàn)場養(yǎng)護、烘烤時間，安裝后直接點火使用，縮短檢修時間。為客戶創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

　　(4) 提前烘烤，有效的解決了澆注料在點火升溫過程中的爆裂問題。

　　3 預制件在篦冷機喉部的應用

　　篦冷機喉部澆注料所處位置的風速較大，煙氣含塵量高，煙氣中孰料顆粒硬度大，對材料的沖刷磨損嚴重，同時煙氣成份較為復雜，材料侵蝕也較為嚴重，部分篦冷機跨度較大，易產(chǎn)生較大的結構應力，引起澆注料的開裂，熱煙氣沿裂縫進入澆注料內部，易掏空硅酸鈣板，造成篦冷機喉部超溫或燒穿。所以該部位耐火材料的材料選擇，施工質量尤為關鍵。在普通的澆注料施工過程中，喉部頂部有混凝土水泥梁存在，空間狹小，施工比較困難，施工質量很難得到保證，澆注料內部含水量加大，在點火升溫過程中喉部澆注料很容易爆裂，因此篦冷機喉部澆注料在部分水泥窯上使用壽命偏低，甚至有的只有3-4個月的壽命，嚴重影響了水泥窯的正常安全運行，這些問題也一直困擾著部分水泥廠家。

　　針對以上問題，通達公司對篦冷機喉部結構進行了優(yōu)化，有針對性的設計了喉部預制件方案并在一些水泥窯上進行了推廣應用，取得了良好的使用效果。以國內某廠家的5000T/D生產(chǎn)線為例，原篦冷機喉部采用剛玉莫來石澆注料，使用效果較差，壽命在3～4個月，嚴重影響了生產(chǎn)線的正常運轉。采用喉部預制件方案后，將易損部位殼體的鋼板切割去除，在兩側焊好支架，按設計距離焊接工字鋼承重梁，將預制件拼接吊掛在工字梁上，然后在頂部鋪設隔熱保溫材料。施工完畢后直接升溫點火。安全運轉10個月后停窯檢修，篦冷機喉部預制件仍基本完好。篦冷機喉部預制件安裝示意圖見圖1。

圖1 篦冷機喉部預制件示意圖

　　耐火預制件按照圖1的方案制做，并于2010年1月在該水泥廠5000t/d水泥窯篦冷機喉部應用，安裝過程如圖2所示：

圖2 某水泥廠篦冷機喉部耐火預制件現(xiàn)場安裝圖

　　2010年11月停窯檢修時，發(fā)現(xiàn)預制件幾乎完好無損，使用效果非常好，保守估計使用2年沒有問題，得到了用戶的好評。

　　預制件的優(yōu)化設計，緩解了喉部澆注料產(chǎn)生的結構應力。預制件的工廠預制大大提高了耐火材料的強度和耐磨性能，降低了材料的氣孔率，提高了抗侵蝕性能。通過在水泥窯上的現(xiàn)場應用，篦冷機喉部預制件體現(xiàn)出了比澆注料更加優(yōu)異的使用性能。

　　4 預制件在篦冷機矮墻的應用

　　篦冷機矮墻是水泥窯經(jīng)常損壞的部位，更換頻率較快。該部位耐火材料需要長期承受高硬度水泥熟料的磨蝕，特別是細料分布不勻的篦冷機，磨損相當嚴重。因此該部位的耐火材料需要具有很高的耐磨性能。眾所周知，耐火材料的耐磨性能除了與澆注料自身的性能有關外，更多的是與其施工質量相關，加水量較大，施工質量不佳，耐磨性能顯著降低。所以矮墻澆注料需要有較高的施工質量，現(xiàn)場施工一般很難保證。其次是篦冷機矮墻澆注料拆除難度大，更換面積大、頻率高，拆除后需重新焊接鈀釘，然后澆注、養(yǎng)護、烘烤，費時耗力。采用篦冷機矮墻預制件，安裝便捷，不用重新焊接鈀釘，直接砌筑，縮短了工期。工廠預制保證了澆注料的施工質量，能充分發(fā)揮澆注料自身的性能，同時可以避免現(xiàn)場施工帶來的施工質量的波動，確保整個矮墻耐火材料質量的均一穩(wěn)定。篦冷機矮墻磨損后，若采用傳統(tǒng)澆注料，則需要進行拆除重新澆注，而矮墻預制件在一側磨損后，更換方向，另一側可繼續(xù)使用，這種重復使用既節(jié)約了耐火材料，又提高了水泥廠家的經(jīng)濟效益。矮墻預制件免養(yǎng)護，不用烘烤，可以為水泥廠家節(jié)省時間，且具有更長的使用壽命。篦冷機矮墻預制件安裝示意圖見圖3。

圖3 篦冷機矮墻安裝示意圖

　　篦冷機矮墻預制件在眾多水泥廠家使用后，均體現(xiàn)出了令人滿意的使用效果，使矮墻原來的使用壽命從1年提升到了2～3年，為水泥廠家?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟效益。[Page]

　　5 預制件在三次風閘閥的應用

　　三次風閥在新型干法水泥窯中主要是通過調節(jié)三次風閥的開度，來調節(jié)回轉窯內的一次風量并確保分解爐內的煤粉能充分燃燒，風閥的調節(jié)對回轉窯燒成工藝的調節(jié)起著至關重要的作用。三次風閥在使用中始終受到高速氣流的正面沖擊，煙氣流速高(高達30m/s),煙氣中飛砂濃度大，顆粒硬度高，所以該部位磨損相當嚴重。傳統(tǒng)的三次風閥采用澆注料施工，無法保證材料的耐磨性能，損壞較快，平均使用壽命只能用6個月左右，嚴重影響了水泥窯燒成工藝的調節(jié)。生產(chǎn)現(xiàn)場三次風閥損害的具體形式主要有：風閥下部澆注料磨損；風閥骨架變形卡死；澆注料大塊剝落；外部材質爆裂等。針對這些情況，通達公司提出了三次風閥預制件的解決方案。三次風閥預制件采用鋼筋混凝土的結構，緩解了整塊鋼板膨脹對澆注料產(chǎn)生的內應力，對預制件內部的耐熱金屬件進行了結構優(yōu)化設計，解決了其高溫下變形卡死的問題。針對風閥的工況，開發(fā)了高耐磨澆注料G-17M，通過添加超微粉強化基質，合理調配原料的顆粒級配，使其達到最緊密堆積，并添加特殊的添加劑，使其在中溫和高溫下均具有很高的強度和耐磨性能。預制件在工廠預制期間可以嚴格的控制施工質量，并通過專門的烘烤設備嚴格按照烘烤曲線進行預先烘烤，充分發(fā)揮澆注料的強度，提高材料的耐磨性能。閘閥兩側設計了卡槽磚，減少閘閥側面的通風量，減少磨損，延長壽命。三次風閥預制件安裝示意圖見圖4。

圖4 三次風閥安裝示意圖

　　通過一些水泥廠家現(xiàn)場使用結果表明，采用三次風閥預制件來替代傳統(tǒng)的耐磨澆注料，效果顯著，使三次風閥的使用壽命從以前的不到1年提高到18~24個月，滿足了正常的檢修周期要求。

　　6 預制件在窯尾煙室的應用

　　窯尾煙室結皮的現(xiàn)象在新型干法水泥窯上已經(jīng)屢見不鮮,主要是由于煙室溫度過高、生料成份變化大, 煤質差、灰分熔點低、硫含量高、煤粉燃燒不完全等原因所造成。煙室結皮需要用空氣炮或高壓水槍來頻繁清理，不僅增加了職工的工作強度，也會造成澆注料的開裂和脫落。針對這種情況，通達公司設計推出了窯尾煙室預制件，優(yōu)化設計了預制件的結構，特殊的結構有效的防止了澆注料上的積料，獨特的抗結皮澆注料配方能顯著降低窯尾煙室的結皮，預制件具有很高的高溫強度，能有效避免澆注料在使用過程中的開裂和脫落。窯尾煙室抗結皮預制件相對于傳統(tǒng)抗結皮澆注料具有更長的使用壽命，能顯著降低煙室結皮的機率，預計平均壽命在3年以上。

　　7 耐火預制件制作

　　7.1模具的制作

　　根據(jù)預制件的尺寸要求，在要求誤差范圍內嚴格按照尺寸制模。在制作模具方面有幾點值得注意的問題：

　　(1)根據(jù)現(xiàn)場使用的要求，能做成負公差的盡量做成負公差，以便于施工安裝；

　　(2)根據(jù)預制件大小確定模具四周是否加固，以防大體積預制件在制作過程中因澆注料的振動而撐裂模具；

　　(3)模具表面使用三聚氫胺板，內部各面或是異型拐角都是預制件的成型面，要保證其平整、光滑，使得預制件外觀美觀；

　　7.2預制件的澆注成型

　　在預制件的澆注成型過程中，須注意以下幾點：

　　(1)在保證澆注料流動性好的前提下盡量少加水，尤其是工期緊且是冬季施工時；

　　(2)一定要保證在預計時間內硬化，必要時可加入適量的固化劑；

　　(3)預制件的養(yǎng)護，尤其是在冬季要保證養(yǎng)護溫度，一般澆注料的養(yǎng)護溫度都是室溫，若是溫度過低，就必須采用保溫措施。

　　(4)一定要在預制件有足夠的強度后方可脫模，避免變形或撞裂。

　　7.3耐火預制件的烘烤

　　一般的預制件在400℃以下烘烤不存在問題，但要在600℃左右烘烤，而且時間緊迫時，就必須采取措施：

　　(1)要根據(jù)澆注料材質、環(huán)境溫度、預制件中配筋的部位和數(shù)量以及工期要求的時間等多方面考慮，嚴格設計烘爐曲線；

　　(2)在澆注料中加入適當?shù)姆辣瑒驗闈沧⒊尚偷念A制件在500℃烘烤是比較危險的，在200～350℃要有足夠的保溫時間。

　　7.4耐火預制件的運輸

　　耐火預制件的運輸除了防雨、防震外，未經(jīng)烘烤的還要注意防凍。

　　8 結語

　　8.1耐火預制件安裝簡單，維修時間短，無需烘烤可直接投入使用，節(jié)約了大量的維修時間，有效避免了耐火澆注料的烘烤爆裂問題。

　　8.2耐火預制件提高了水泥窯的生產(chǎn)運轉率，在水泥窯的關鍵部位取代傳統(tǒng)澆注料方面已經(jīng)取得了良好的使用效果和顯著的經(jīng)濟效益。可為我國水泥窯的節(jié)能減排、提質增效做出貢獻。

　　8.3隨著水泥廠家對預制件認識的逐漸深入，預制件必會作為一種獨特的解決方案得而到廣泛的推廣和應用。