二、窯速加快的影響

傳統(tǒng)水泥窯的轉(zhuǎn)速為lr/min，大型預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速卻高達(dá)3?4r/min高溫、高速和大直徑的預(yù)分解窯上，窯體、窯襯的工作環(huán)境都要比傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯苛刻得多。

水泥回轉(zhuǎn)窯的筒體經(jīng)輪帶支承在托輪上。筒體有很大自重，又受到耐火磚、窯皮、窯料重力的作用，輪帶之間的筒體的橫截面上會(huì)產(chǎn)生的很大徑向變形。用筒體測(cè)量?jī)x對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的窯體進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，可以顯示出茼體水平直徑和垂直直徑的尺寸差達(dá)0.3%，有時(shí)甚至達(dá)到0.6%?0.7%。運(yùn)轉(zhuǎn)中?窯體每轉(zhuǎn)一圈，筒體的曲率都會(huì)發(fā)生周而復(fù)始的改變，耐火材料內(nèi)襯將不可避免地受到窯體周期性擠壓力以及磚圈內(nèi)部中平衡應(yīng)力的作用，在疲勞載荷的作用下發(fā)生損壞。

此外，制造、安裝的誤差，托輪調(diào)整不當(dāng)，以及窯基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降等原因，也能使窯體的彎曲超過(guò)允許值，使筒體失去直線性和圓整性。若彎曲發(fā)生在端部，將使端部筒體發(fā)生跳動(dòng)，導(dǎo)致窯頭、窯尾漏風(fēng)、密封裝置和耐火材料損壞。若發(fā)生在傳動(dòng)齒輪處，則使大小齒輪嚙合不均勻，引起振動(dòng)，導(dǎo)致耐火材料發(fā)生松動(dòng)、“抽簽”、掉磚或承受過(guò)大機(jī)械應(yīng)力作用而損壞。

三、窯徑加大的影響

?

水泥回轉(zhuǎn)窯所用耐火磚的冷端受到窯體的擠壓力P作用，兩個(gè)側(cè)面受到磚圈平衡壓力f的作用。

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根據(jù)平衡條件，窯體對(duì)耐火磚的擠壓力P、耐火磚圈中的平衡反力f、耐火磚所對(duì)圓心角a之間滿足以下關(guān)系(忽略磚的重量)：

?

根據(jù)圖中所示幾何條件可知，回轉(zhuǎn)窯直徑D和圖中所示耐火磚大頭(冷端)尺寸ι2、耐火磚小頭(熱端)尺寸ι1、耐火磚的高度h以及耐火磚所對(duì)的圓心角a之間近似滿足以下關(guān)系。

分析表明：耐火磚的高度h和厚度L2都是相對(duì)固定的，沒(méi)有太大的調(diào)整余地。如果高度h過(guò)低，耐火磚的隔熱性太差，磚的熱端稍一損毀，窯體溫度就會(huì)上升超過(guò)上限，導(dǎo)致停窯換磚;但高度h過(guò)大，磚的重量也大，就會(huì)使窯體產(chǎn)生過(guò)大的變形，也會(huì)使耐火材料受到損害。與此類(lèi)似，磚的厚度L2過(guò)低，磚坯太薄，不易壓制。但厚度L2過(guò)高，又不易壓透。由此，依式(2-3)可知，窯徑D 增大之后，L2不變、h不變，就需要增大磚的小頭尺寸L1，或減少大小頭尺寸差 L2一L1才能使等式成立。由式(2-4)可知，窯徑D增大后，L2不變，則會(huì)減小耐火磚對(duì)應(yīng)的圓心角a。

以下，分析窯徑對(duì)耐火磚所受應(yīng)力的影響。由圖2-3和式(2-1)可知：a角減小后必須增大耐火磚側(cè)面受到的反力f才能平衡磚塊受到的窯體擠壓力P。f增高，就增大了耐火材料所受的機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致耐火材料損毀加快。例如：φ=4m的回轉(zhuǎn)窯上耐火材料的壽命為兩年;相同材料用φ=6m的窯上，壽命只有半年。

四、揮發(fā)性組分的影響

在高溫作用下，預(yù)分解窯中K20、SO2、KCl等組分揮發(fā)后，又經(jīng)預(yù)熱器、增濕塔、電收塵的多級(jí)搜集，重新進(jìn)人回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。當(dāng)窯的堿、硫、氯的平衡建立后，上述揮發(fā)性組分在窯內(nèi)有很高的濃度.顯著影響水泥生產(chǎn)和耐火材料的壽 命。PC、SP (懸浮預(yù)熱器)窯系統(tǒng)內(nèi)，窯料的SO3含量和原料相比富集3?5 倍，R2O的含量富集5倍，CI的含量更富集髙達(dá)80?100倍。

揮發(fā)性組分的含量大增，使最熱兩級(jí)預(yù)熱器、預(yù)分解爐、上升煙道、喂料斜坡和窯筒后部1/3的部位，也即所有磚面溫度為800?1200°C的部位(當(dāng)原、燃料含氯高時(shí)更擴(kuò)及600?120CTC的部位)，窯料中形成2C2S . CaCO3、2C2S . CaSO4、2CaS04 .K2SO4, KCl和二次CaSO4等結(jié)皮的特征礦物，裹帶其余窯料在襯里上形成結(jié)皮，干擾窯的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)被迫停窯檢修。

硅鋁系耐火磚受來(lái)自于窯料滲人磚內(nèi)的堿性化合物等的侵蝕，形成膨脹性的鉀霞石(K2O . Al2O3 . 2Si02)和白榴石(K20 ? Al2O3 . 4SiO2),使磚“堿裂” 損壞。窯料含R2O>l%和Cl>0.01%時(shí)，這種現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。當(dāng)出窯熟料含堿等過(guò)高時(shí)，連冷卻機(jī)熱端、窯門(mén)罩和三次風(fēng)管道中的普通黏土磚和高鋁磚也會(huì)因堿裂而損壞。

五、窯系統(tǒng)復(fù)雜性的影響

預(yù)分解窯遠(yuǎn)比傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯復(fù)雜。預(yù)分解窯由冷卻機(jī)、三通道燒嘴、窯門(mén)罩、窯體、窯尾煙室、三次風(fēng)管、分解爐、預(yù)熱系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、增濕塔、電收塵等幾大部分組成。任何一個(gè)部分出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致生產(chǎn)終止。

水泥預(yù)分解窯結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不同的部位要求使用不同型號(hào)、規(guī)格的耐火材料。 4000t/d預(yù)分解窯上磚型多達(dá)100種以上;2000t/d的窯上，也需使用80多種， 生產(chǎn)和施工管理極為復(fù)雜。因而，需要窯襯設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、制造過(guò)程的現(xiàn)代化、 施工過(guò)程的規(guī)范化。第一，盡力避免采用復(fù)雜的磚型.設(shè)法用少數(shù)幾種形狀的磚組合成復(fù)雜的砲體結(jié)構(gòu)。比如，采用CAD技術(shù)簡(jiǎn)化窯襯設(shè)計(jì)，盡可能更多使用不定形耐火材料，以降低工程造價(jià)。第二，采用先進(jìn)的管理和現(xiàn)代化的設(shè)備，制造出品質(zhì)優(yōu)良、性能穩(wěn)定的耐火材料，使材料具有良好的耐高溫、抗侵蝕、抗熱震、適度的機(jī)械強(qiáng)度等性能和精確的外形尺寸。第三，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行耐火磚砌筑和澆注料施工，合理維護(hù)耐火材料，杜絕不正確的貯存、運(yùn)輸、施工和維護(hù)辦法。這樣，就可使材料充分發(fā)揮性能，獲得最長(zhǎng)的窖襯壽命。

六、節(jié)能要求的影響

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，對(duì)能源的需求也節(jié)節(jié)攀升。眾所周知20世紀(jì)70年代以來(lái)，中東石油資源消耗很快，對(duì)石油的爭(zhēng)奪異常激烈。很多時(shí)候，戰(zhàn)爭(zhēng)因爭(zhēng)奪石油而起，政治決定著世界石油價(jià)格。例如.第四次中東戰(zhàn)爭(zhēng)、兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)、 海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)都使油價(jià)飛漲。2007年，美國(guó)次貸危機(jī)發(fā)生后向市場(chǎng)注人過(guò)多的流動(dòng)性，又使油價(jià)增至100美元/桶的新高。

，每當(dāng)國(guó)際形勢(shì)發(fā)生變化時(shí)，世界石油價(jià)格就會(huì)扶搖直上。國(guó)際油價(jià)增高之后，煤炭?jī)r(jià)格就可能水漲船高。近年來(lái)，我國(guó)煤炭?jī)r(jià)格上升很快。 以秦皇島發(fā)熱量為23000kJ/kg的山西優(yōu)混煤炭為例：2001?2003年9月價(jià)格為 260?280元/t, 2004年11月猛漲至425元/t,上漲幅度高達(dá)57%。2005年秦皇島山西優(yōu)混煤炭?jī)r(jià)格與2004年相當(dāng)。2006年8月山西優(yōu)混煤炭?jī)r(jià)格為405元/噸。由于中東局勢(shì)緊張、石油資源儲(chǔ)備不足，煤炭的價(jià)格將長(zhǎng)期維持高位。

煤炭?jī)r(jià)格的上揚(yáng)，將增加火電成本，進(jìn)而又引起電價(jià)增高。由此，煤電價(jià)格一起上漲就將備受產(chǎn)能過(guò)剩折磨的水泥行業(yè)雪上加霜。近年來(lái)，落后的工藝逐步被淘汰，經(jīng)營(yíng)不善的企業(yè)紛紛落馬。例如，一臺(tái)o5mX170m的干法長(zhǎng)窯，能力為1500t/d。全窯散熱面積達(dá)2670m2，相當(dāng)于I. 78m2/t熟料。但是，能力為17651/￡1的?0 5級(jí)預(yù)熱器窯筒(o3.4m*48m)的散熱面積只有512m2，相當(dāng)于0.29m2/t熟料，僅對(duì)比窯筒部位單位產(chǎn)量的散熱面積時(shí)，前者就為后者的6倍之多。所以，前者窯筒散熱損失高達(dá)164kcal/kg熟料(lkcal = 4.18kj，下同)，后者只有38kcal/kg熟料，相差達(dá)126kcal/kg熟料之多，這就是一些傳統(tǒng)水泥被被新型干法水泥窯取代的原因。

需要指出，水泥預(yù)分解窯窯尾系統(tǒng)的外表面積很大，需要設(shè)法減少預(yù)熱系統(tǒng)的散熱，才能取得更好的節(jié)能效果。由于預(yù)熱系統(tǒng)的工作溫度不高，機(jī)組又靜止不動(dòng)，外殼只用普通鋼板制成。在預(yù)熱器、預(yù)分解爐、上升煙道等處，采用1層工作層和1?2層隔熱層組成的復(fù)合襯里.就可以使得鋼板表面溫度不超過(guò) 100°C'，實(shí)現(xiàn)預(yù)分解窖系統(tǒng)的節(jié)能。

目前，我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家處于不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段。我國(guó)新型干法水泥窯的主要問(wèn)題是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。耐火材料的主要損壞因素是高溫、侵蝕、熱震和機(jī)械應(yīng)力。這和20世紀(jì)80年代前后發(fā)達(dá)國(guó)家的情況類(lèi)似。圖2-5顯示了不同歷史階段發(fā)達(dá)國(guó)家水泥窯面臨的主要問(wèn)題。

①1963?1968年，熱震 和侵蝕是堿性材料的主要損毀原因。隨著操作的改善和直接結(jié)合鎂鉻磚的應(yīng)用，這一問(wèn)題得到逐步解決。

② 1968?1978年，機(jī)械應(yīng)力是主要損毀原因。機(jī)械應(yīng)力很大程度是由窯體變形而引起的。機(jī)械制造技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)提高減少了窯的變形，耐火磚因機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生的損壞隨之減少。

③1978?1983年，開(kāi)始大量使用煤和替代燃料，氧化還原問(wèn)題出現(xiàn)。這一問(wèn)題又因燃燒技術(shù)改善而得到緩解。

④ 1978年以后，使用替代燃料越來(lái)越多，替代燃料帶有的揮發(fā)性組分増大了鹽侵蝕。近年，鹽侵蝕是發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的主要問(wèn)題。

當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家水泥窯用耐火材料損壞的原因?yàn)椋焊邷刈饔?3%;高溫化學(xué)和鹽侵蝕和為23%;機(jī)械、熱化學(xué)和鹽綜合破壞23%;鹽侵蝕為17%;機(jī)械 和熱化學(xué)綜合破壞8%;氧化還原1%;其他5%。簡(jiǎn)言之?高溫和鹽浸蝕是發(fā)達(dá)國(guó)家水泥窯的主要破壞因素。今后，我國(guó)水泥工業(yè)將從擴(kuò)張規(guī)模，轉(zhuǎn)向以提高效益為主，節(jié)能得到日益重視，利用低品位原燃料和廢棄物也提上了日程。今后，我國(guó)的水泥工業(yè)也將面臨發(fā)達(dá)國(guó)家目前的問(wèn)題。