氯化焙燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐火材料的正確選擇

我國(guó)云南省錳礦區(qū)錳銀資源較為豐富，若充分開發(fā)利用這些資源，可以使國(guó)家、地方和企業(yè)多方受益。但是，這類礦石中銀和錳礦物的共生關(guān)系密切，很難通過(guò)選礦法得到精礦，直接氰化浸出的效果也不明顯，銀的浸出率只有20%左右。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，精礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯氯化焙燒后，銀的浸出率可達(dá)到88.54%，很大地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

回轉(zhuǎn)窯在使用過(guò)程中存在一系列問(wèn)題，影響回轉(zhuǎn)窯的效率，尤其是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯，它不僅是保證回轉(zhuǎn)窯正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，更是保障回轉(zhuǎn)窯使用壽命的防彈衣。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的主要作用是保護(hù)窯筒體不受高溫氣體和高溫物料的損害。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于窯內(nèi)氣體溫度比物料溫度高，回轉(zhuǎn)窯每旋轉(zhuǎn)一圈，窯內(nèi)襯表面會(huì)受到周期性的熱沖擊，溫度變化幅度約150℃，窯內(nèi)襯10~20mm表層內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時(shí)受到旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向和軸向機(jī)械應(yīng)力，以及焙燒物料的沖刷磨損，尤其是當(dāng)窯內(nèi)形成局部高溫時(shí)，高溫區(qū)熱表面層狀剝離使內(nèi)襯脫落，造成塌窯，導(dǎo)致計(jì)劃外停窯檢修，是影響回轉(zhuǎn)窯年作業(yè)率的關(guān)鍵因素。氯化焙燒工藝過(guò)程中產(chǎn)生Cl-，在高溫高濕環(huán)境中產(chǎn)生氯酸，進(jìn)一步加劇侵蝕粉化回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯，并縮短回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的使用壽命，因此優(yōu)化氯化焙燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯勢(shì)在必行。

一、氯化焙燒工藝存在的問(wèn)題

由精礦配料工序送來(lái)的混合料通過(guò)料斗送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氯化焙燒，混合料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原性氣氛中的停留時(shí)間為30~60min，焙燒溫度為780±50℃，其發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

在上述生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含AgCl的氣體，在高溫高濕環(huán)境易生成氯酸。傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯采用環(huán)砌耐火磚內(nèi)襯，其主要優(yōu)點(diǎn)是易砌易拆、抗扭矩性能好，但環(huán)縫是直通縫，抗含Cl⁻氣體的能力較弱，易受氯鹽腐蝕，造成局部耐火材料損壞導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯砌體垮塌，被迫停窯，作業(yè)率較低。另外，若簡(jiǎn)單地在內(nèi)襯內(nèi)設(shè)置由鋼材制成的錨固件，鋼材與澆注料內(nèi)襯熱脹冷縮系數(shù)不一致，容易產(chǎn)生裂縫，氯酸易沿內(nèi)襯的縫隙滲入到窯襯的內(nèi)部，加劇回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯粉化，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯長(zhǎng)期處于這種工作環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致窯內(nèi)襯逐漸由厚變薄，甚至完全脫落，窯體局部出現(xiàn)“紅窯”現(xiàn)象。而且氯酸在600℃高溫下會(huì)進(jìn)一步腐蝕回轉(zhuǎn)窯的筒體，降低回轉(zhuǎn)窯筒體的強(qiáng)度，可能產(chǎn)生筒體斷裂事故，造成更大的損失。因此氯化焙燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯不僅是保證回轉(zhuǎn)窯正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，更是保障回轉(zhuǎn)窯使用壽命的防彈衣。

二、氯化焙燒回轉(zhuǎn)窯耐火材料的選擇

（一）耐火材料應(yīng)具備的特點(diǎn)

氯化焙燒工藝導(dǎo)致窯內(nèi)襯損壞的主要因素有機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕，隨著窯型、操作、窯襯在窯內(nèi)不同位置以及火焰、窯料和窯筒體在運(yùn)轉(zhuǎn)中的變形狀態(tài)，襯里承受的各種應(yīng)力也不同。為了減輕對(duì)窯內(nèi)襯和筒體的侵蝕，提高運(yùn)轉(zhuǎn)率，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的耐火材料應(yīng)具備如下特點(diǎn)：

1、耐高溫。能夠長(zhǎng)期在800℃左右的高溫環(huán)境下運(yùn)行。

2、高強(qiáng)度和優(yōu)良的耐磨性。耐火材料需要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受高溫時(shí)的膨脹應(yīng)力及回轉(zhuǎn)窯殼體變形產(chǎn)生的應(yīng)力。

3、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。能夠阻止煙氣中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，而且能承受交變熱應(yīng)力。

4、受熱膨脹穩(wěn)定性好。回轉(zhuǎn)窯殼體的熱膨脹系數(shù)雖然大于回轉(zhuǎn)窯耐火材料的熱膨脹系數(shù)，但是殼體溫度一般為150~300℃，而耐火材料承受的溫度一般在800℃左右，這樣可能會(huì)導(dǎo)致耐火材料比回轉(zhuǎn)窯殼體的熱膨脹要大，故容易脫落。

5、氣孔率低。氣孔率高會(huì)導(dǎo)致煙氣易滲入耐火材料，進(jìn)而侵蝕耐火材料。

（二）高強(qiáng)澆注料的理化性能

針對(duì)某項(xiàng)目氯化焙燒工藝要求，氯化焙燒回轉(zhuǎn)窯采用耐酸高強(qiáng)澆注料作為回轉(zhuǎn)窯爐襯的基本材料，其物理性能指標(biāo)見表1。由表1可知，高強(qiáng)澆注料有如下特點(diǎn)：

(1) 主要化學(xué)成分為Al2O3，占比≥78%，強(qiáng)度高、耐高溫、耐酸性物質(zhì)侵蝕。

(2) 根據(jù)體積密度和顯氣孔率的關(guān)系，體積密度≥2.85g/cm3，則顯氣孔率<20%，耐火溫度>1550℃;可避免低熔點(diǎn)物質(zhì)粘附窯內(nèi)襯。

(3) 抗熱負(fù)荷和熱態(tài)磨損的高溫穩(wěn)定性好

綜上所述，高強(qiáng)澆注料符合做內(nèi)襯的要求，且其物理性能的好壞直接關(guān)系到窯襯的使用壽命。

表1 高強(qiáng)澆注料理化性能指標(biāo)氯化焙燒回轉(zhuǎn)內(nèi)襯的優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用上述澆注料在回轉(zhuǎn)窯筒體的內(nèi)表面上澆注厚度不低于250mm。內(nèi)襯包括多塊呈軸向均勻分布固定于筒體內(nèi)表面的酸性或中性錨固磚，錨固磚兩側(cè)的筒體內(nèi)表面固定有多個(gè)均勻分布的金屬錨固件，再用耐酸堿高溫澆注料，該耐酸高強(qiáng)澆注料通過(guò)錨固磚和金屬錨固件與筒體連接為一體。局部?jī)?nèi)襯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)局部放大圖

采用圖1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于筒體上的金屬錨固件帶動(dòng)耐酸堿高溫澆筑體隨筒體一起滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)由于錨固磚熱膨脹系數(shù)與耐酸堿高溫澆筑體內(nèi)襯相近，熱匹配性較好，可避免因鋼材與澆注料內(nèi)襯熱脹冷縮系數(shù)不一致而產(chǎn)生裂縫。另外，回轉(zhuǎn)窯在反復(fù)啟停或不正常的運(yùn)行狀態(tài)下，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火材料始終保持理想的膨脹平衡，減少耐酸堿高溫澆筑體與筒體之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受損壞，使整個(gè)回轉(zhuǎn)窯耐火材料不變形移位，保證整襯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的使用壽命。與常規(guī)的耐火磚錯(cuò)縫砌筑規(guī)則不同，錨固磚采用同縫砌筑，每圈自成，不與前后圈搭接，以保證在回轉(zhuǎn)窯起停時(shí)因不同步位移剪斷耐火磚。

通過(guò)上述技術(shù)措施，保護(hù)了筒體免受Cl-的腐蝕，大大提高了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的使用壽命，有效地解決了回轉(zhuǎn)窯耐火材料脫落的問(wèn)題。

三、 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合氯化焙燒的工藝要求，分析了耐火材料對(duì)回轉(zhuǎn)窯壽命的影響，給出了較為適用的耐火材料的理化性能指標(biāo)。通過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提髙其耐熱性和耐高溫強(qiáng)度，同時(shí)能夠抗酸堿和鹽的侵蝕，有效增加回轉(zhuǎn)窯耐火內(nèi)襯的使用壽命。