电石渣制水泥烧成系统耐火材料的使用经验
核心提示：本文结合工厂生产实际，对电石渣配料生产熟料生产线耐火材料的使用经验进行总结，以供相关企业参考。
电石渣是电石法生产乙炔过程中产生的工业废渣，随着PVC市场需求量的增加，电石渣的量也在增加，这需要与其配套的产业及时将其利用，以避免其堆放带来的对土地资源的占用和环境污染。用电石渣配料生产水泥熟料的工艺已经十分成熟，是消纳电石渣的最佳匹配工艺，国内已有相当数量的电石渣配料生产水泥熟料的生产线在消化大量的电石渣，实现资源综合利用，促进循环经济发展。但该工艺与传统石灰石配料生产水泥熟料的生产线不同，这种不同不仅体现在电石渣主要成分与石灰石不同外，还体现在电石渣含有较多的有害成分Cl-、S等。这些有害成分控制不到位，单位时间富集的量较传统配料的生产线更多，更易带来系统内的结皮堵塞，加重设备的腐蚀，缩短耐火材料的使用寿命。本文结合工厂生产实际，对电石渣配料生产熟料生产线耐火材料的使用经验进行总结，以供相关企业参考。
1电石渣配制生料的有害成分
拥有三级旋风筒预热器带管道式分解炉预分解窑水泥生产线一条，日产熟料2500 t，专门利用电石渣生产水泥熟料。电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，可以代替石灰石配制生料，高敏、文柏鸣的研究指出，不同厂的电石渣有害元素含量相差比较大，应根据具体的情况采取处理措施，但总体还有一定倾向性，比如碱含量都比较低，而硫和氯的含量则波动大。我公司所用电石渣配制的生料从成分上就能看出其含有相对较高的硫、氯等有害物质，见表1、表2。
2有害成分对耐火材料使用性能的影响
从表1和表2的对比可以看出，利用电石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出许多，尤其是后者。这些成分不仅通过引发结皮影响耐火材料的使用寿命，也会通过化学渗透影响耐火材料的使用寿命，还会透过耐火材料腐蚀锚固件等金属器件来影响耐火材料的使用寿命。
2.1通过引发结皮影响耐火材料的使用寿命
硫、氯在预热器系统内不断循环富集，当超过一定含量时就会产生大量低熔点矿物粘附在生料和耐火材料表面，不断积累，最终因管道有效容积减小或脱落发生堵塞事故，严重影响企业的
表1石灰石配制生料的化学成分%
表2电石渣代替石灰石配制生料的化学成分%
正常生产。大量研究也证明生料中的氯离子在预热器中与碱形成氯化碱，氯化碱的熔点低，最低熔点在650～700℃，其以熔融态粘附在物料表面形成液相粘膜，并与生料和飞灰一起构成粘聚物质，阻碍生料的颗粒流动，从而使物料在预热器中流动不畅和形成粘附性结皮堵塞。氯化碱沸点低，挥发率高，再次富集的浓度高，从而导致氯化碱和碱的大量循环富集，从而加重预热器和分解炉的粘结性结皮堵塞事故。
多年的实践证实，当入窑生料中SO3≥0.7%，Cl-≥0.2%，预热预分解系统内、烟室结皮(图1)就会增多变硬，不但影响系统通风导致煤粉燃烧不充分，窑内长厚窑皮，严重时影响产、质量，而且容易频发系统堵塞造成停机。我们对结皮样品进行化学分析，结果如表3，结皮样中氯含量是生料的7倍之多。
图1预热预分解系统结皮状况
表3结皮样品化学分析结果%
预热预分解系统浇注料主要以碳化硅抗结皮浇注料为主，其原理是在高温状态下，材料表面会自然形成釉，阻止入窑生料中玻璃相的渗透，从而起到抗结皮的作用，因具有很高的硬度和非常好的高温体积稳定性，不与生料反应而被广泛使用。当生料中Cl-含量异常升高后导致系统结皮增多，为了保证系统正常生产必然增加清扫频次。目前的清扫工具以高压水枪为主，原理是用长枪杆将水射入结皮内，在高温物料内水骤然汽化而产生强烈爆炸将结皮除掉，频繁使用会破坏浇注料表面那层釉，导致表面凹凸不平，如图1，降低了浇注料的抗结皮效果。
2.2通过化学渗透影响耐火材料的使用寿命
一些知名的耐火材料供应商，比如雷法、奥镁等，对耐火砖的失效机理进行了深入研究。他们认为耐火砖经常会遭受化学渗透、机械应力、热应力的作用而失效。奥镁公司在一份报告中指出，在烧成系统运行一段时间后，中性的碱盐会凝固并沉积在耐火砖的孔隙中并将孔隙充满。如果系统中硫的含量高，进入火砖基质中的腐蚀性液体会破坏镁质砖中的硅酸钙结合相。火砖中的孔隙被盐类(比如Na2SO4、NaCl、KCl)充满后，火砖的导热系数会急剧提高，当温度升高时，盐类凝结区域会向冷面移动，更大范围地影响耐火材料的性能。火砖的导热系数急剧提高带来的结果是：回转窑筒体的温度上升，散热损失增大，另外加速筒体的腐蚀。
2.3透过耐火材料腐蚀锚固件等金属器件来影响耐火材料的使用寿命
烧成系统钢材消耗除了普通钢板外使用量最大的就是耐热不锈钢，例如旋风筒内筒、窑头、尾护铁、窑尾下料簸箕和浇注料骨架锚固件等。由于浇注料等耐火材料孔隙率大，加上Cl-具有离子半径小、穿透能力强等特点，通过气孔深入到内部，吸附在金属表面，许多研究证明金属表面有一层致密的氧化膜(钝化膜)，其厚度在10～30埃，在侵蚀性离子作用下，钝化膜破坏的地方形成一个圆孔产生点蚀，这些地方容易形成点蚀核心，点蚀坑内往往填充着腐蚀产物，就会形成点蚀源。图2所示是金属锚固件遭受腐蚀的情况，锚固件腐蚀严重导致承载力不足，浇注料会因此发生松动、脱落。
图2耐火材料锚固件等金属器件的腐蚀钢
3延长耐火材料使用寿命的措施
通常情况下，烧成系统耐火材料的更换要以检测数据为依据，按照标准进行，严禁随意拍板或按时间更换的不良做法。应根据运行期间筒体温度、耐火砖表面及侧端面侵蚀情况及下一个计划运行周期综合考虑。
从表1和表2的对比可以看出，利用电石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出许多，为了不影响企业的正常运转，采取了以下措施：
(1)为了缓解Cl-对金属锚固件的腐蚀，用无机防腐涂料隔离Cl-与金属锚固件的接触，可有效防止不锈钢腐蚀。
(2)普通奥氏体不锈钢在含有氯离子的环境里很容易发生点腐蚀和缝隙腐蚀。因此可以使用超级奥氏体不锈钢材料提高抗氯离子侵蚀能力，根据情况选择不同合金型号，例如提高合金金属里的铬≥20%，镍≥20%，钼≥6%含量，有助于增强不锈抗局部腐蚀能力。
(3)使用抗结皮性能较好的浇注料，目前通用SiC抗结皮产品，其机理是SiC与氧气发生反应，在耐火材料表面形成一层致密的玻璃相，减少有害气体渗入耐火材料内部，同时增加了耐火材料的表面张力，降低了与有害成分的粘附，从而达到抗结皮的功效。这在一般正常操作情况下是没有问题的。
(4)科学合理匹配烧成系统浇注料(见表4)和回转窑所用耐火材料(见表5)。
表4不同部位浇注料的配置及使用寿命
*实际寿命是本企业实际使用情况。
表5回转窑所用耐火材料
4结束语
预分解窑与生俱来的优势必然使水泥工业成为绿色环保功能产业，资源化利用工业固体废弃物是这一趋势的具体表现之一。利用预分解窑处理电石渣就是这一趋势的具体实践。在实践中，发现在利用电石渣配制的生料中，硫、氯等成分高出许多。这些成分不仅通过引发结皮影响耐火材料的使用寿命，也会通过化学渗透影响耐火材料的使用寿命，还会透过耐火材料腐蚀锚固件等金属器件来影响耐火材料的使用寿命。采取的措施是：(1)用无机防腐涂料隔离Cl-与金属锚固件的接触;(2)选用超级奥氏体不锈钢材料增强不锈钢抗局部腐蚀能力;(3)使用抗结皮性能较好的浇注料;(4)科学合理匹配烧成系统浇注料和回转窑所用耐火材料。
