В вращающейся цементной печи, особенно с предварительным декарбонизатором, внутреннее пространство условно делят на четыре технологические зоны: зону декомпозиции, переходную зону, зону обжига и зону охлаждения. Наиболее тяжелые условия работы – у футеровки в зоне обжига, где во всем мире в качестве основного материала применяется щелочной огнеупорный кирпич.

Разрушение футеровки — не случайность, а результат комбинированного воздействия термических, механических нагрузок и химической агрессии. Их сила зависит от типа печи, рабочих параметров и конкретного местоположения огнеупорного кирпича в печи. Ключевыми определяющими факторами являются конфигурация факела, свойства материала и деформация корпуса печи. В этой статье подробно разбираются восемь основных механизмов отказа щелочного кирпича, чтобы помочь лучше понять и предотвратить проблемы.

01. Проникновение клинкерного расплава
Расплав клинкера образуется в основном из материала и топлива, а его основные проникающие компоненты — двухкальциевый силикат (C₂S) и четырехкальциевый алюмоферрит (C₄AF). Они интенсивно растворяют периклаз и хромит в магнезито-хромитовом кирпиче, вызывая изменение структуры и заполняя поры, что приводит к охрупчиванию. В сочетании с термическими и механическими напряжениями это легко вызывает растрескивание и отслаивание. Этот процесс может происходить по всей печи.

02. Конденсация и циркуляция летучих компонентов
В системе печи с предварительным декарбонизатором летучие компоненты, такие как щелочные сульфаты и хлориды, циркулируют и накапливаются в системе хвостовой части печи и циклонах. Они конденсируются и откладываются в определенном температурном интервале печи (800-1200°C), вызывая уплотнение огнеупорного кирпича и образование расширяющихся минералов, что приводит к «щелочному» растрескиванию и отслаиванию под термомеханическим напряжением.

03. Чередующиеся восстановительно-окислительные реакции
При возникновении восстановительной атмосферы или неполного сгорания в печи трехвалентное железо в магнезито-хромитовом кирпиче восстанавливается до двухвалентного, что сопровождается объемным сжатием и ослаблением структуры. Повторяющиеся изменения атмосферы в печи вызывают циклическое повторение этого объемного эффекта, приводя к разрушению кирпича из-за химической усталости.

04. Перегрев
Когда поверхность футеровки длительное время не защищена настылем и подвергается прямому воздействию чрезмерно высокой температуры факела, матрица в горячем слое кирпича плавится и мигрирует. Это приводит к разрыхлению горячей поверхности и уплотнению холодной, что резко снижает ее стойкость к истиранию, ударам и термическим ударам.

05. Термический удар
Внезапное обрушение настыля или частые остановки и пуски печи вызывают резкие перепады температуры поверхности огнеупорного кирпича, создавая внутри него огромные термические напряжения. Когда напряжение превышает прочность кирпича, происходит растрескивание и отслаивание. Это особенно часто встречается в переходной зоне.

06. Термическая усталость
За каждый оборот печи поверхность футеровки проходит цикл покрытия (охлаждение) и обнажения (нагрев). Такие частые температурные колебания вызывают термическую усталость поверхностного слоя кирпича, ускоряя его отслаивание.

07. Напряжения механического сжатия
Вращение печи, ее овальность, вес настыля и собственное тепловое расширение кирпича создают сложные комбинированные механические напряжения в огнеупорном кирпиче. Когда эти напряжения превышают его предел прочности, кирпич трескается. Область вблизи упорного кольца особенно подвержена разрушению из-за сжатия.

08. Абразивный износ материала
В таких зонах, как разгрузочная часть устья печи, где нет стабильной защиты настылем, твердый горячий клинкер и куски настыля вызывают прямое ударное воздействие и абразивный износ поверхности огнеупорного кирпича, что является основной причиной разрушения футеровки в этой области.