Istnieje wiele czynników wpływających na żywotność wyłożeń ogniotrwałych w piecu obrotowym i nie są to tylko problemy związane z produktami ogniotrwałymi. Obejmują one naprężenia termiczne, naprężenia chemiczne, naprężenia mechaniczne generowane podczas operacji produkcji cementu, jakość kalcynowanych surowców, projektowanie i dobór materiałów ogniotrwałych, jakość materiałów ogniotrwałych, przechowywanie, budownictwo, murowanie i inne czynniki.
Wpływ naprężeń mechanicznych na żywotnośćcegły ogniotrwałew piecach
Naprężenie mechaniczne to siła wewnętrzna, która oddziałuje pomiędzy różnymi częściami obiektu, gdy jest on odkształcany pod wpływem czynników zewnętrznych, aby przeciwstawić się działaniu czynników zewnętrznych i spróbować przywrócić obiekt ze stanu odkształconego do stanu sprzed odkształcenia. Kiedy naprężenie mechaniczne cegieł ogniotrwałych w piecu przekroczy ich własną wytrzymałość, cegły ulegną częściowemu lub całkowitemu uszkodzeniu pod wpływem naprężenia.
Głównymi czynnikami powodującymi naprężenia mechaniczne są następujące dwa powody:
(1) Odkształcenie eliptyczne. Ze względu na połączone czynniki, takie jak cegły okładzinowe, materiały pieca i ciężar samego cylindra, cylinder pieca ulega deformacji. Pod wpływem grawitacji i obciążenia cieplnego okrągły-przekrój poprzeczny cylindra staje się eliptyczny. Kiedy piec pracuje, elipsa powoduje naprężenia mechaniczne cegieł ogniotrwałych, a im większa elipsa, tym większe naprężenia mechaniczne. Naprężenie ścinające generowane przez zmianę elipsy działa na kierunek styczny każdego pierścienia cegieł, powodując odklejanie się cegieł w kształcie pierścienia. W normalnych warunkach grubość peelingu jest jednolita i twarda. (2) Oś obrotowego pieca cementowego jest przesunięta. Piec obrotowy jest podtrzymywany przez pas, koło podporowe i wałek. Jego oś powinna stanowić linię łączącą środki-okręgów przekroju pieca oraz linię prostą. Jednakże po zamontowaniu płaszcza pieca i wycięciu i wymianie jego części lub po pewnym czasie pracy pieca, a system cieplny w piecu jest niestabilny, oś pieca zostanie przesunięta pod wpływem obciążenia cieplnego i obciążenia. Następnie, po długim okresie pracy, pasek i rolka ulegną zużyciu, rolka będzie odchylać się na zewnątrz i do wewnątrz, a warunki obciążenia każdego punktu podparcia ulegną zmianie. W szczególności, gdy obciążenie punktu podparcia jest zbyt duże, łatwo jest spowodować przepalenie łożyska wałeczkowego, nieprawidłowe odklejenie się lub pęknięcie taśmy i powierzchni walca, co dodatkowo pogorszy przesunięcie osi korpusu pieca; w rezultacie cegły ogniotrwałe zostaną ściśnięte i zdeformowane, powodując uszkodzenie lub odpadnięcie. Kształt uszkodzonych cegieł szamotowych ma różną głębokość.
Wpływ naprężeń termicznych na żywotność cegieł ogniotrwałych w piecu
Naprężenie termiczne odnosi się do naprężenia powstającego, gdy obiekt nie może całkowicie swobodnie rozszerzać się i kurczyć z powodu zewnętrznych ograniczeń i wzajemnych ograniczeń między częściami wewnętrznymi, gdy zmienia się temperatura. Rozszerzalność cieplna w wysokiej-temperaturze może z łatwością powodować rozszerzanie osiowe i naprężenia ściskające w cegłach ogniotrwałych, co jest jedną z ważnych przyczyn odpryskiwania i pękania cegieł szamotowych w piecu. Biorąc na przykład cegły magnezytowe-chromowe lub spinelowe, współczynnik rozszerzalności przy 1400 stopniach można obliczyć na 1,6%. Rozszerzalność cegły szamotowej o długości 198 mm może osiągnąć 3,17 mm. Tak duże rozszerzenie, jeśli szczelina pierścieniowa nie zostanie prawidłowo pozostawiona, spowoduje rozciąganie, odpadanie lub odpryskiwanie cegieł ogniotrwałych, co poważnie skraca żywotność cegieł ogniotrwałych.
Wpływ eksploatacji pieca obrotowego na trwałość materiałów ogniotrwałych
Mechanizm wpływu operacji produkcyjnych na żywotność cegieł ogniotrwałych jest złożony i składa się na niego wiele czynników. Analizuje się go głównie pod kątem dwóch następujących aspektów.
(1) Uszkodzenia cegły spowodowane zbyt wysoką temperaturą kalcynacji. Temperatura płomienia w nowym suchym piecu do prekalcynacji może osiągnąć ponad 1700 stopni. Co więcej, temperatury robocze strefy przejściowej, strefy wypalania, strefy chłodzenia, okapu pieca, gardzieli chłodnicy,-strefy wysokiej temperatury i zewnętrznej części dyszy są znacznie wyższe niż w piecach konwencjonalnych. Nawet w przypadku materiałów ogniotrwałych-wysokiej jakości trwałość wykładziny stref przejściowych, wypalania i chłodzenia dużych pieców obrotowych wynosi zazwyczaj od 0,5 do 1 roku, a w niektórych przypadkach tylko od 3 do 5 miesięcy. Wykładziny wylotu pieca i dyszy mają zazwyczaj żywotność tylko od 0,5 do 1 roku lub nawet krócej. Okap pieca i okładziny gardzieli chłodnicy mają żywotność około 2 lat. Na etapie produkcji pilotażowej piece obrotowe zwykle pracują na poziomie jedynie 70–75% lub nawet niższym, a w rzadkich przypadkach osiągają 85–90%. Jeżeli łączy się to ze słabą pracą podgrzewacza wstępnego i wstępnego kalcynatora, szybkość rozkładu przychodzącego materiału może być bardzo niestabilna, co prowadzi do częstych zmian położenia różnych stref procesowych w piecu. Może to prowadzić do niestabilnej pracy pieca i przyspieszonego uszkodzenia wykładziny. Na przykład zbyt wysokie temperatury wypalania mogą uszkodzić cegły ogniotrwałe pieca, jak pokazano w zakreślonym obszarze na rysunku 5. (2) Uszkodzenie cegły spowodowane dużą prędkością pieca. Prędkość obrotowa nowego pieca do wstępnego-rozkładu na sucho często wynosi 3–3,7 obr/min, a nawet 4 obr/min lub więcej, a prędkość liniowa płaszcza pieca obrotowego osiąga ponad 1 m/s. W nowym suchym piecu o dużej prędkości obrotowej, dużej średnicy i wysokiej temperaturze łączny destrukcyjny wpływ naprężeń termicznych, naprężeń mechanicznych i erozji chemicznej na wykładzinę pieca jest znacznie większy niż w przypadku tradycyjnych pieców. Wymaga to, aby wykładzina nowego pieca na sucho miała wystarczającą wytrzymałość i stabilność zarówno w zimnych, jak i gorących warunkach.
