李強生，趙春竹

（中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山114044）

關鍵字：煤系針狀焦；煅燒；內襯；結構改造

煅燒是針狀焦生產三大工序之一。目前煅燒設備一般采用長度在40～70 m不等的回轉窯（依據產能）?；剞D窯工作時，煅燒帶溫度高達1 400～1 500℃，為保證金屬筒體不被燒壞，窯體內部須鋪設耐火內襯。耐火內襯是與回轉窯筒體內壁通過錨固件緊密結合的一層耐火度不低于1 580℃的耐高溫、致密耐磨并能承受高溫荷重作用的材料，它是回轉窯生產過程中物料傳熱、傳質、機械運動等熱工過程得以實現(xiàn)的基礎結構?；剞D窯的筒體由鋼板制成,其壽命可達20年以上,而耐火內襯材料壽命一般只有1～2年，有時運行幾個月或半年就需停窯對內襯進行中、小修，而每次內襯維修都要經過停窯降溫和烘窯升溫兩個過程，耗時最短一般也需一個月左右，且維修費用也很高，增大了生產成本。因此，回轉窯內襯壽命成為影響正常生產的一個關鍵因素。

本文以某公司煤系針狀焦煅燒回轉窯內襯維修改造為例，探討新形式內襯結構、理化性能、鋪設以及烘爐方面的設計及應用。

1 回轉窯主要技術參數(shù)

某公司煤系針狀焦煅燒回轉窯基本結構及窯體主要技術參數(shù)如下：

（1）鋼筒體規(guī)格：Ф2.8 m×60 m

（2）斜度：3%（傾斜角為1.72°）

（3）支撐方式:三組托輪支承/中檔一組液壓擋輪

（4）轉向：逆時針轉動（從窯尾看）

（5）筒體生產可用轉速（變頻調速）：1～3 r/min

（6）筒體輔助轉窯轉速：0.115 r/min

（7）支撐擋數(shù)：3擋

（8）二次風：共12個風嘴

（9）產能：下料量8 t/h，產能6 t/h

（10）填充率：7%～10%

回轉窯基本結構及使用溫度如圖1所示。

圖1 煅燒回轉窯結構及溫度帶劃分示意圖

2 改造前回轉窯內襯結構及存在的問題

回轉窯內襯結構一般分為兩種：一種為耐火預制磚，另一種為不定型耐火澆注料。在耐火磚和澆注料的選擇方面，由于兩者各有優(yōu)缺點，使國內炭素回轉窯行業(yè)難以統(tǒng)一觀點。耐火磚修襯速度快、壽命長，但成本高、窯負荷大、維修復雜；澆注料修襯速度慢、壽命不理想，但成本低、窯負荷小、維修簡便。

目前,不定型耐火澆注料內襯在炭素行業(yè)回轉窯上得到了廣泛的應用[1-3]。而澆注料與預制磚相結合的方式的出現(xiàn)，使二者相互彌補了缺點，經過最近幾年的生產實踐，已日趨成熟。

某公司煤系針狀焦煅燒回轉窯改造前內襯砌筑僅采用澆注料形式，在運行過程中存在如下問題：

（1）壽命短：由于澆注料施工過程中帶入的水分多，導致在烘窯過程中結晶水大量溢出，使內襯產生大量的細小裂紋，在生產過程中不斷擴大；同時，在生產運行過程中，高溫粉末物料，會沿著回轉窯內襯縫隙滲透到耐火強度較低的保溫層，掏空保溫層并不斷地氧化連接內襯與筒體金屬錨固件，直至使錨固件完全氧化脫離回轉窯筒體，從而引起內襯脫落，降低回轉內襯使用壽命?；谏鲜鲈颍彻净剞D窯改造前僅連續(xù)運轉2～3個月就出現(xiàn)內襯大面積脫落現(xiàn)象，運轉5～6個月左右即實施內襯中、大修；

（2）施工時間長：每一條澆注料都需要進行模板的安裝、拆卸，增加施工周期；

（3）烘窯時間長：由于全部采用現(xiàn)場澆注的工藝內襯水分較大，需要養(yǎng)生，養(yǎng)生時間一般不少于一周時間，養(yǎng)生結束后，才能開始進行烘窯。

改造前回轉窯內襯結構截面如圖2所示。

圖2 改造前內襯結構剖面示意圖（單位：mm）

3 窯內襯改造選用的主要設計參數(shù)

依據煤系針狀焦煅燒回轉窯溫度分布及加熱制度特點，經反復研討，針對該公司回轉窯內襯修復，擬采用輕質保溫料和低水泥莫來石澆注料組成復合型內襯，耐材理化性能見表1。

表1 耐材改造選用耐材的理化性能指標

3 內襯改造選用的結構形式及特點

3.1 改造后的內襯結構形式

改造后窯內襯為澆注料與預制磚縱向間隔分布，其結構截面如圖3所示，耐火預制磚結構尺寸如圖4所示。

圖3 改造后內襯剖面圖（單位：mm）

圖4 改造后預制磚結構示意圖（單位：mm）

3.2 實施新內襯結構改造的優(yōu)點

將原單一澆注料形式的內襯結構改造為澆注料與預制磚縱向間隔分布的結構形式，具有如下優(yōu)點：

（1）由于預制塊在出廠前已在高溫條件下進行了焙燒，經焙燒后的預制塊基本不含水分，在烘窯過程中只有現(xiàn)澆部分有水分排出，因此所留下的膨脹縫只有過去的一半；焙燒成型的預制塊升溫過程中伸縮均勻，不易造成不規(guī)則裂紋。

（2）新型預制塊兩側中部采用凹形槽設計，現(xiàn)場澆注時由于澆注料填實凹槽形成“凹凸”咬合密封，能有效阻擋高溫炭粉對保溫層的沖刷，有利于回轉窯內襯壽命的延長，提高設備的利用率。

（3）預制塊底部兩側采用不銹圓鋼“外探”設計，便于與回轉窯內壁直接焊接，保證預制塊能夠在窯體發(fā)生輕微振動時不脫落。

4 內襯改造施工工藝

4.1 分段施工

60 m長度的回轉窯分兩部分施工：

（1）回轉窯窯頭端前40 m（高溫段）為預制塊加澆注料砌筑，澆注料分二層，最下部為輕質保溫磚，上部為耐磨澆注料。預制塊為復合型，預制生產時放置一層輕質保溫磚?？偤穸?00 mm，其中保溫層90 mm，耐火層210 mm。前40 m由于煅燒溫度較高，預制磚和澆注料施工時，緊挨筒體先鋪上一層5 mm厚陶瓷纖維紙，更利于保溫。

（2）回轉窯窯尾端后20 m（低溫段）為預制塊加澆注料砌筑，總厚度270 mm，其中保溫層厚80 mm，耐火層厚190 mm。

4.2 復合預制塊砌筑施工

（1）內襯施工分為36條進行，按徑向劃分為18等份，標出預制塊所要砌筑的位置，所砌筑預制塊位置的窯內壁不能有凸起并保證平整。

（2）首先砌筑預制塊，預制塊按照標記線砌筑要求軸線方向不得扭曲。

（3）砌筑預制塊時底部先墊上一層纖維紙，磚與磚之間的泥漿要飽滿，特別是兩磚之間的灰縫要小于4 mm。電焊工在砌筑工的后面將砌筑好的預制塊牢固地焊接在筒體上。

（4）一條焊接完成后，緊接著砌筑下一條預制塊，然后轉動180°，再砌筑兩條。以此類推，直至完成全部預制塊的砌筑。

（5）預制塊砌筑完工后，在兩條預制磚條之間焊接錨固件并鋪設輕質保溫磚。按株距將錨固釘焊接牢固。錨固釘焊接必須牢固，可用鐵錘敲擊其上部，能將錨固釘敲彎而焊接部位不開裂為合格。

（6）一條錨固釘全部焊接后，緊跟鋪設輕質保溫磚，鋪設時前40 m下部先墊上一層纖維紙（后20 m不鋪），然后再鋪上一層高強座泥，使輕質磚與回轉窯筒體之間完全密實。一條鋪設完成以后，隨后進行耐磨澆注料的施工。

4.3 耐磨澆注料（工作襯）施工

（1）澆注料施工環(huán)境溫度及精度要求

嚴格執(zhí)行澆注料水分的計量記錄工作，并設專業(yè)人員負責。澆注料施工最佳溫度為10～25℃，如外部環(huán)境氣溫太低時，必須將澆注料用水采取有效措施加熱至要求溫度。澆注料的加水量、干混和濕混時間見表2，窯體澆注料厚度及精度見表3。

表2 澆注料的加水量、干混和濕混時間

表3 窯體澆注料厚度及精度

（2）澆注料施工步驟

①在一條澆注條內的錨固件焊接和輕質板鋪設完工后開始進行重質澆注料的澆注。澆注由窯尾向窯頭進行，每次澆注一條。

②攪拌好的物料倒入兩條預制磚之間的空隙內,按厚度要求一次倒?jié)M,如間隔時間長,二次加料覆蓋易于分層。在振動中振動棒移動或拉出料面時必須緩慢勻速，防止遺留孔洞。振動好的工作層表面用手工抹平，不要形成明顯的泛漿。當細料泥漿泛在表面時，在應用過程中易產生裂紋，降低材料耐磨度。

③施工膨脹縫分布,每一條澆注料在長度方向上，相隔約700 mm切一條垂直施工膨脹縫（應對應預制塊施工縫）。

④施工完一條后，必須待其硬化6～12 h至終凝后，方可轉窯。每次轉動90°，進行下一條的澆注施工，施工方法同上。

（3）脫模

在氣溫6～20℃時，硬化6～8 h后脫模。必要時可根據凝固情況適當提前脫模，但必須保證澆注體具有足夠強度情況下才能進行。冬季施工或氣溫過低時，可適當延長脫模時間。

（4）養(yǎng)護

脫模后，必須經過3 d或3 d以上的自然養(yǎng)護才能進行低溫烘烤，自然養(yǎng)護期間無需灑水。若氣溫低于6℃時，必須采取保溫措施。

5 改造前后回轉窯烘窯對比

該公司回轉窯改造前由于完全采用不定型耐火澆注料澆注而成，其烘窯曲線見圖5，烘窯時間約為30 d。改造后烘窯曲線見圖6，由于大量使用耐火預制磚，保溫時間可適當減少，烘窯時間僅為13 d左右，節(jié)省一半的烘窯時間，大大降低了烘窯時間成本。

圖5 原烘爐曲線圖

圖6 新烘爐曲線圖

6 結論

實踐證明，通過采用新型預制塊與現(xiàn)場澆注相結合的內襯結構新形式，能夠大大降低回轉窯的修窯時間，并有效延長使用壽命。

（1）砌筑時間縮短。由于采用預制磚與澆注料混合結構改造，現(xiàn)場施工時間縮短1/3。

（2）烘窯時間縮短。改造后烘窯時間縮短1/2。

（3）由于使用預制磚，盡管改造成本有所增加，但使用壽命大大提高，經生產驗證，改造后耐材使用壽命延長至10～12個月，為改造前的兩倍，能夠大幅提高連續(xù)生產率，降低生產成本。