浅析煤矸石烧结砖对隧道窑吊顶板危害因素

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浅析煤矸石烧结砖对隧道窑吊顶板危害因素                                                                                             




煤矸石烧结砖生产线采用大断面平吊顶隧道窑比较普遍。平吊顶结构是大断面隧道窑的重要组成部分，也是它的薄弱环节，在设计、建设和操作时，都将其做为重点予以考虑。但是，在隧道窑投入生产后，窑顶脱皮、掉块现象仍然普遍，有的吊顶板在使用不到两年的时间就出现脱落现象。究其原因既有设计、吊顶板质量的不足外，使用单位缺乏对煤矸石原料、窑炉操作工艺理解，导致焙烧操作出现偏差，也可对吊顶板产生危害。有些危害在短时间内没有表象，但随着时间的推移，积累达到一定时，就会对隧道窑密封和操作产生较大影响，严重时停产维修，给企业造成严重经济损失。现就煤矸石烧结砖厂隧道窑吊顶板掉皮、脱落现象，浅析煤矸石原料有害质和隧道窑不当操作对吊顶板的危害。   一、煤矸石中有害质对吊顶板耐火材料的危害

隧道窑吊顶板为混凝土耐火吊顶板，它是由硅酸铝水泥与不同粒度的耐火骨料预制而成，其烧结温度为1300℃，而煤矸石隧道窑最高烧结温度为1050℃，未达到其烧结温度，所以，吊顶板是未烧结的“欠火”耐火材料，强度很低，在遇到损害时，吊顶板的抵抗力很弱。                 煤矸石原料在焙烧过程中对吊顶板影响最大的是硫、钾和钠的化合物，高温下这些有害质随烟气侵蚀吊顶板，与吊顶板中的耐火材料发生热化学反应，生成新的低熔矿物，而新生矿物在体积上会出现不同程度的膨胀，致使吊顶板剥落及开裂，并且这种反应在不断重复，剥落现象也越来越严重。另外，有些新生低熔矿物则可使耐火材料结构变得疏松，这样耐火材料就失去它原有的特性，比如强度、热传导及弹性系数等物理性能发生一系列变化，致使耐火材料的使用寿命变短。
在隧道窑中，预热带高温段和焙烧带部分的吊顶板是直接受影响且较严重的，随着温度升高，这些元素的化合物在烟气中的浓度增大，随着烟气对耐火材料的侵蚀也就更为强烈。在预热带和冷却带的低温段，有害质为固体，较为稳定，对耐火材料损害很小，所以在出窑砖车上面虽然可以经常看到掉落的吊顶板碎块，但在隧道窑两头很难观察到吊顶板被损害的现象。二、 煤矸石原料中有害质对吊顶板金属吊钩的危害


煤矸石中有害质不但损害吊顶板的耐火材料，也严重损害吊顶板的金属构件。特别是含硫烟气，通过膨胀缝、耐火衬料的裂缝等，与金属吊钩反应，对其侵蚀，使吊钩一层层锈蚀剥落，最后失去作用，导致吊顶板整体脱落。近几年，为防止金属吊钩锈蚀，有的吊钩改用耐高温不锈钢材质，以防止吊钩的腐蚀。但是，从脱落的顶板来看，不锈钢吊钩埋入吊顶板部分腐蚀依然严重，特别是吊钩弯钩部分，锈蚀深度可达1mm，吊钩上部，暴露在空气中部位锈蚀较轻。锈蚀部位周边为黑色氧化皮，强度很低，与周边耐火土分离，失去锚固拉结作用，导致吊顶板脱落。
究其原因我们认为除有害烟气对吊顶板的耐火材料侵蚀，导致金属吊钩与含硫烟气密集接触产生锈蚀外，也有不锈钢材质本身原因：
1、不锈钢制造过程中不可避免的带有硫元素；2、在不锈钢制造、冷却的过程中，钢铁中的铬移动到某些地方，部分取代硫化锰中锰的位置，进而造成该处附近铬的含量变低。 而当铬的含量低于13％时，不绣钢就会生锈了；3、不锈钢吊钩加工时弯钩部位受热、冷却，破坏了原有的化学结构；4、不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的稳定的富铬氧化防护膜，防止有害质渗入而获得抗锈蚀的能力。但是，如其受到外力作用，薄膜遭到了不断地破坏，尤其在含有大量硫化物烟气中，则可引起化学腐蚀。 除上述原因外，隧道窑的温度对不锈钢吊钩影响极大，温度升高，腐蚀速度也显著增加。三、隧道窑不当操作对吊顶板的危害


从煤矸石有害质在隧道窑各段反应来看，危害主要集中在预热带后段和焙烧带，是煤矸石砖坯燃烧，窑温不断升高，有害质反应和析出的强度逐步活跃所致。有害质是伴随着隧道窑烟气对吊顶板进行侵害的，烟气是主要载体，如能有效、合理控制烟气对吊顶板的侵入，也就减少了有害质对吊顶板侵害的几率。如果隧道窑采用正压操作，含大量有害质烟气会通过吊顶板膨胀缝、耐火衬料的缝隙外溢，在耐火材料和金属构件周围形成有害气体密集区，给有害质的损害作用创造了条件。

隧道窑温度制度紊乱也会影响吊顶板的使用寿命。由于煤矸石原料热值不稳定，原料塑性差成型困难等因素，使进入隧道窑的砖坯热值差距也很大，进车时间不正常，造成隧道窑温度不稳定。特别是在烧结带，由于隧道窑吊顶板强度在1000℃左右时强度很低，而温度不稳定会造成吊顶板周而复始的膨胀收缩，使其强度遭受严重破坏。四、对减少隧道窑吊顶板危害的建议


   1、在隧道窑设计特别是吊顶板的耐火材料选择上，针对煤矸石原料的有害质，使耐火材料在抗高温性能、抗腐蚀和抗氧化还原作用进一步提高。
   2、对吊钩材料、加工、吊钩防腐以及吊钩葫芦的装配方法及装配质量予以改进和控制，以减少有害质的侵蚀。
   3、在隧道窑操作时，采用微正压烧成，将“0”压点控制在焙烧带后段，使预热带到焙烧带大部呈负压，烟气在抽烟机作用下，随隧道窑和管道抽出，有害质只接触到耐火材料表面，对内部结构和埋设在耐火材料中的金属构件侵害较少，从而延长隧道窑吊顶板的使用寿命。
   4、理顺原料破碎、成型工序，确保原料热值和进车时间稳定，严格隧道窑热工操作制度，对焙烧曲线合理调控，以减少温度制度紊乱对吊顶板的损害。隧道窑操作时，不但要考虑制品的烧成因素和条件，更要考虑砖厂的最大热工设备——隧道窑的适应因素。把对设备的损害降到最低，才能从根本上保证产品的质和量。
   总之，煤矸石中的有害质成分比较复杂，在隧道窑焙烧过程中挥发并伴随烟气对隧道窑产生侵害，其中对吊顶板耐火材料和金属吊钩造成直接损坏的是钾、纳和硫等元素，给损害创造条件的是不合理的焙烧操作。因此改进吊顶板材料，特别是金属吊钩设计、加工方案，提高施工质量，运用正确的焙烧操作，是可以减少有害质对隧道窑吊顶板损害的。
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