崔新華

（河北鑫達(dá)鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)部，河北 遷安064400）

麥爾茲窯（簡(jiǎn)稱麥窯）煅燒活性石灰工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)比較成熟，主要應(yīng)用于各礦山和鋼廠生產(chǎn)活性石灰，又稱“雙膛窯”。兩個(gè)窯膛對(duì)稱布置，并通過窯體下部的連接通道相連。煅燒工藝有兩大特點(diǎn)：并流和蓄熱。所謂并流就是在石灰石煅燒時(shí)，燃燒產(chǎn)物和石灰石一起向下流動(dòng)，這樣利于煅燒出高質(zhì)量的活性石灰；所謂蓄熱就是窯膛l的燃燒產(chǎn)物——高溫廢氣通過兩窯膛下部的連接通道進(jìn)入窯膛2，在窯膛2隨高溫廢氣向上流動(dòng)，將預(yù)熱帶的石灰石預(yù)熱到較高溫度，把熱量積蓄起來，同時(shí)高溫廢氣下降到一個(gè)很低的溫度后排出窯膛。圖1為麥爾茲窯的工作原理圖。

圖1 麥爾茲窯工作原理圖

冷卻空氣和熱的石灰發(fā)生熱交換后將熱量?jī)?chǔ)存起來參與和冷的石灰石熱交換。這種工作原理充分地利用了廢氣和石灰余熱，保證了很高的熱效率。

麥爾茲雙膛豎窯兩個(gè)窯膛的功能（煅燒和蓄熱）交替互換。即一個(gè)窯膛煅燒，另一個(gè)窯膛蓄熱，12～15 min后開始換向，兩個(gè)窯膛的功能隨之互換。氣體運(yùn)動(dòng)如圖2所示。

圖2 麥爾茲窯內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)示意圖

操作時(shí)兩個(gè)窯膛交替裝入礦石，經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)及可逆皮帶機(jī)分別送至兩個(gè)旋轉(zhuǎn)底開式料斗，經(jīng)過裝料閥門進(jìn)入石灰窯窯膛內(nèi)煅燒。燃料分別由兩個(gè)窯膛的上部送入，通過設(shè)在預(yù)熱帶底部的多支噴槍使燃料均勻地分布在整個(gè)窯膛的斷面上均勻煅燒。每個(gè)窯膛都有各自的預(yù)熱帶、煅燒帶和冷卻帶。

煅燒產(chǎn)品在整個(gè)燃燒循環(huán)期間不斷地從兩個(gè)筒內(nèi)卸出，通過卸料臺(tái)進(jìn)入壓力料斗。冷卻空氣不斷地從兩窯筒底部引入，使石灰在被排至石灰儲(chǔ)存料斗前溫度降低。在換向期，當(dāng)窯體解壓后，石灰從儲(chǔ)存料斗中排入到出料皮帶機(jī)上。

1 窯內(nèi)耐材配置使用現(xiàn)狀

1.1 連接通道耐材配置及受損情況

窯體砌筑是保證雙膛窯熱工性能的基礎(chǔ)，根據(jù)窯體外表溫度≤70℃配置，以降低窯表面溫度，減少表面散熱損失為原則，采用耐溫、耐磨、隔熱性能良好的耐火材料砌筑而成。兩個(gè)窯膛在煅燒帶與冷卻帶的交接處設(shè)有連接通道，這是麥爾茲窯的咽喉要道，耐材配置如圖3所示。

圖3 麥爾茲窯連接通道處的耐材配置示意圖

為了保證窯襯的嚴(yán)密性和隔熱性，窯體砌磚使用了44種磚型和多種耐火材料，由內(nèi)到外主要是由鎂磚(煅燒帶和通道支撐拄為特殊鎂磚、冷卻段下部為高鋁磚）、陶瓷纖維毯、輕質(zhì)保溫磚（密度1.0 g/cm3）、輕質(zhì)保溫磚（密度0.6 g/cm3）、硅鈣板和硅鈣板鋼殼組成。

雙膛之間的連接通道為薄弱環(huán)節(jié)，在此處的耐材容易受損脫落，主要由以下原因引起：

（1）高溫氣流循環(huán)，處于正壓狀態(tài)；

（2）澆注料和耐材共同施工，膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力或縮孔；

（3）澆注料與鋼結(jié)構(gòu)沒有采取錨固結(jié)構(gòu)，澆注料固定不住，澆注料脫落后，高鋁磚無擠力依靠，隨之脫落；

（4）最上部的保溫材料——礦渣棉受到高溫容易熔化和收縮，形成上部空洞，高溫氣流在此處燒壞鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致耐材進(jìn)一步脫落，形成惡性循環(huán)。

預(yù)熱帶襯為耐磨內(nèi)襯，由內(nèi)到外分別配有專用硬質(zhì)黏土磚（下部幾環(huán)為鎂磚）、輕質(zhì)黏土磚、陶瓷纖維墊、輕質(zhì)黏土磚及硅鈣板。

煅燒帶的耐磨內(nèi)襯為優(yōu)質(zhì)鎂磚制成，有兩層保溫襯，由內(nèi)到外依次為鎂磚、陶瓷纖維墊、兩層輕質(zhì)黏土磚及硅鈣板。

冷卻帶的耐磨內(nèi)襯為高鋁磚和專用硬質(zhì)黏土磚，由內(nèi)到外依次為專用硬質(zhì)黏土磚（上部幾環(huán)為高鋁磚）、陶瓷纖維墊、兩層輕質(zhì)磚及硅鈣板。

窯體砌磚是上下兩段結(jié)構(gòu)。兩段重量分別由窯殼承受并傳遞到窯基礎(chǔ)，由此可減少下部砌體所承受的壓力，有利于延長(zhǎng)窯內(nèi)襯的使用壽命。兩段分界位置在窯連接通道上面幾百毫米處，分界處留有環(huán)形膨脹縫，用來吸收窯襯加熱時(shí)產(chǎn)生的膨脹量，防止窯殼受力上升。

1.2 撥灰孔處耐材受損情況

麥爾茲雙膛豎窯屬于正壓操作，在正常生產(chǎn)情況下，連接通道處壓力保持在15～35 kPa之間，并且始終是煅燒的窯膛壓力高于非煅燒的窯膛壓力，從而保證了氣體在窯體內(nèi)的正常流動(dòng)。高壓氣流的不斷沖刷和冷熱氣流的交替進(jìn)行，使得連接通道處的耐材溫度梯度增大，很容易造成耐材剝落和坍塌。同時(shí)在窯體四周設(shè)置有撥灰孔。撥灰孔主要用于日常窯內(nèi)部側(cè)壁的檢查和處理積灰和石灰石結(jié)瘤，在處理時(shí)，必須進(jìn)行停窯處理，窯內(nèi)的壓力處于負(fù)壓狀態(tài)，主要是考慮到人工處理安全，如果是正壓，熱氣溢出容易燙傷現(xiàn)場(chǎng)檢修人員。

在人工使用鐵釬子進(jìn)行處理作業(yè)時(shí)，窯外的冷風(fēng)就會(huì)吸到窯內(nèi)，撥灰孔處的鋼結(jié)構(gòu)和耐材在溫差1 000℃的條件下出現(xiàn)熱應(yīng)力，鋼結(jié)構(gòu)容易變形、裂紋和開焊，耐材容易產(chǎn)生裂紋和脫落，從而導(dǎo)致?lián)芑铱滋幝?、溢氣，燒壞周邊鋼結(jié)構(gòu)，形成惡性循環(huán)（如圖4所示）。

圖4 麥爾茲窯撥灰孔周邊鋼結(jié)構(gòu)、耐材燒損圖

在現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)通過撥灰孔處理外窯膛內(nèi)壁積灰結(jié)瘤時(shí)，由于冷風(fēng)通過撥灰孔洞吸入到窯內(nèi)，造成此處窯內(nèi)壁的耐材出現(xiàn)收縮裂縫，如圖5所示。這樣的裂縫寬度如果大于10 mm，在開窯時(shí)由于熱膨脹不能完全愈合，造成窯內(nèi)高壓熱氣通過縫隙直達(dá)保溫層和鋼構(gòu)處，使窯皮溫度升高，甚至發(fā)紅、氧化、燒穿及變形，如圖6所示。

圖5 窯內(nèi)撥灰孔下部的耐材裂紋圖

圖6 撥灰孔上部的鋼構(gòu)燒損圖

1.3 撥灰孔下部牛腿處耐材受損

撥灰孔正下方屬于麥爾茲窯外腔，內(nèi)部無石灰石原料，這個(gè)腔體主要處理石灰石在窯壁的結(jié)瘤。在靠近爐膛側(cè)有一個(gè)內(nèi)膛，盛裝石灰石原料，主要進(jìn)行原料的運(yùn)行、加熱、煅燒和分解，屬于石灰石堆積區(qū)域。支撐麥爾茲窯內(nèi)腔的是鑲嵌在外膛側(cè)壁內(nèi)部的牛腿耐材，總計(jì)12個(gè)，牛腿和牛腿之間依靠拱腳進(jìn)行連接。牛腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及耐材配置如圖7、圖8所示。

圖7 牛腿耐材施工現(xiàn)場(chǎng)圖

圖8 牛腿耐材配置示意圖

在使用過程中，部分拱腳處的耐材出現(xiàn)裂紋、結(jié)瘤、下沉、脫落和坍塌，如圖9、圖10所示。

圖9 撥灰孔下部，牛腿上部的耐材裂紋圖

圖10 牛腿處耐材結(jié)石灰瘤圖

分析其主要原因：

（1）撥灰孔下部牛腿處耐材受損，主要是拱腳角度設(shè)計(jì)偏大，承重力小，容易下沉。

（2）耐材設(shè)計(jì)配置的材質(zhì)是M90，屬于鎂磚，容易與石灰石中的雜石、粉面等低熔點(diǎn)物質(zhì)發(fā)生結(jié)瘤、結(jié)塊。

（3）鎂磚的熱震穩(wěn)定性弱，在麥爾茲窯不斷的換向過程中，冷熱氣流交替沖擊，鎂磚容易受到溫度梯度的變化而出現(xiàn)裂紋、剝落甚至坍塌。

（4）在窯內(nèi)牛腿通道處與耐材結(jié)瘤、引發(fā)窯內(nèi)氣壓不均，高溫高壓氣流致使撥灰孔及通道處鋼構(gòu)燒損、導(dǎo)致部分耐材開裂、脫落。

（5）石灰石質(zhì)量差，其中的雜質(zhì)（紅色、褐色和黑色的雜石）和粉面（＜10 mm以下）多時(shí)，導(dǎo)致窯內(nèi)透氣性不好，局部會(huì)產(chǎn)生高溫，而石灰石中的雜質(zhì)軟化點(diǎn)溫度低，在900℃左右會(huì)熔融、結(jié)瘤，粘附在石灰石上面形成瘤塊，掛在牛腿通道的耐材上，對(duì)耐材表面產(chǎn)生拉墜力，當(dāng)窯內(nèi)物料出料或加料時(shí)對(duì)瘤塊處形成沖擊，瘤塊將沖擊力傳至耐材，形成對(duì)耐材的拉力，導(dǎo)致耐材開裂脫落。

（6）當(dāng)牛腿通道處物料結(jié)瘤時(shí)堵塞通道，造成透氣性差。氣流流動(dòng)不暢將導(dǎo)致雙膛之間的連接通道處長(zhǎng)期處于高溫高壓狀態(tài)，加劇牛腿通道處瘤塊的形成，加劇耐材的腐蝕和脫落。

1.4 耐材受損其它原因

（1）現(xiàn)場(chǎng)操作人員技術(shù)水平低，責(zé)任心不強(qiáng)，日常對(duì)撥灰孔處漏風(fēng)情況檢查不到位，盤根損壞未及時(shí)更換，高溫氣流損壞撥灰孔處鋼構(gòu)。

（2）在檢修處理環(huán)形通道時(shí)窯壓調(diào)整不合適，冷風(fēng)灌進(jìn)撥灰孔，鋼構(gòu)在急速冷卻時(shí)產(chǎn)生熱收縮裂紋，耐材產(chǎn)生熱收縮裂紋。

（3）工人在操作中風(fēng)、煤氣配比不合理，煤粉燃燒不完全，導(dǎo)致煤粉下行至牛腿通道處、窯底出灰處，未燃盡的煤粉與石灰石中的粉面、雜石結(jié)合，形成低熔點(diǎn)物質(zhì)，加劇了結(jié)瘤的產(chǎn)生。人工在處理結(jié)瘤時(shí)，對(duì)環(huán)形通道處的耐材結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性產(chǎn)生一定的破壞，耐材表面結(jié)瘤越多，處理難度越大。現(xiàn)場(chǎng)停窯使用風(fēng)鎬對(duì)窯內(nèi)的瘤塊進(jìn)行清理，風(fēng)鎬的機(jī)械沖擊會(huì)對(duì)窯內(nèi)的耐材造成二次破壞，耐材受力越大，損壞也越嚴(yán)重。

2 窯內(nèi)耐材檢修、改造主要施工內(nèi)容

針對(duì)麥爾茲窯的現(xiàn)狀，對(duì)麥爾茲窯的檢修改造內(nèi)容如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)主要部位使用的鎂磚改為使用鎂鋁尖晶石，主要有以下優(yōu)勢(shì)：

①鎂鋁尖晶石線膨脹系數(shù)較小，沿各個(gè)晶軸方向的熱膨脹大小都相同，在溫度波動(dòng)時(shí)膨脹和收縮都比較均勻，產(chǎn)生的熱應(yīng)力較小，有很好的均勻熱震穩(wěn)定性；

②鎂鋁尖晶石的主要性能——荷重軟化溫度比鎂磚高；

③鎂鋁尖晶石的抵抗堿性熔渣、氧化鐵熔渣、酸性熔渣的能力強(qiáng)于鎂磚，不易于與石灰石中的雜質(zhì)融為一體，不容易形成結(jié)瘤。

（2）對(duì)撥灰孔處的封蓋（堵板）進(jìn)行改造，由設(shè)計(jì)中的整體式改為分體式，兩者優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)比如圖11所示。

圖11 兩種撥灰孔封蓋優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比圖

（3）對(duì)撥火孔平臺(tái)變形、開焊的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，更換變形無法修正的撥火孔。

（4）對(duì)耐材受損部位進(jìn)行重新施工砌筑，要求用泥漿飽滿度≥95%，灰縫厚度（2±1）mm，砌筑時(shí)必須注意不同部位的耐火磚及澆注料材質(zhì)不同。

（5）為保證磚襯工作的氣密性，對(duì)兩窯膛連接通道位置耐材和鋼結(jié)構(gòu)不貼合的部分進(jìn)行灌漿處理，如圖12所示。

圖12 連接通道耐材施工現(xiàn)場(chǎng)圖

3 麥爾茲窯原料控制

在麥爾茲窯生產(chǎn)時(shí)，如果石灰石粒度小、雜質(zhì)多，氣體通過的阻力就越大。當(dāng)窯膛內(nèi)的石灰石粒度分布不均勻時(shí)，氣體通過窯膛橫截面也是不均勻的。因此將導(dǎo)致燃料的燃燒不均勻分布，形成高溫處結(jié)瘤，進(jìn)而損壞耐材。

各種石灰堅(jiān)窯都提倡精料入爐，麥爾茲窯顯得尤為重要。所謂精料包括石灰石的化學(xué)成分穩(wěn)定、低熔物較少、塊度均勻（塊度比<2）以及泥沙雜質(zhì)少等方面，現(xiàn)場(chǎng)使用立方形或球形狀的石灰石為最佳，應(yīng)盡量避免使用層狀或片狀石灰石，避免石灰石雜石和雜質(zhì)入窯。

4 麥爾茲窯后續(xù)維護(hù)措施

針對(duì)麥爾茲窯的后續(xù)維護(hù)措施，制定了維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

5 結(jié)語

經(jīng)過一段時(shí)間的檢修和改造，撥灰孔周邊以及連接通道處的耐材、鋼構(gòu)使用較好，麥爾茲窯的使用狀況得到了很大的改善，窯況穩(wěn)定，生產(chǎn)順行，產(chǎn)量穩(wěn)定。