1 耐火耐磨材料特性
耐火材料是服務(wù)于高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料，由于在高溫技術(shù)的行業(yè)中，耐火材料是輔助性材料，所以往往被人們所忽視。正是由于這一點的存在，往往所選用的耐火耐磨材料產(chǎn)品質(zhì)量達不到使用要求的標準，運行中經(jīng)常造成主設(shè)備停用事故。例如，冶金系統(tǒng)由于耐火材料使用周期短，經(jīng)常停爐影響生產(chǎn)，由于耐火度不夠冶煉優(yōu)質(zhì)鋼材達不到標準質(zhì)量。發(fā)電、制藥、造紙、化工等行業(yè)由于用在爐子上的耐火耐磨材料不過關(guān)經(jīng)常造成停爐，不但給使用單位造成直接的經(jīng)濟損失，而且也給廣大人民群眾生活帶來諸多不便，有時甚至還造成連帶經(jīng)濟損失。所以說，雖然耐火耐磨材料在高溫技術(shù)領(lǐng)域是呈輔助性材料特性出現(xiàn)，但萬萬不可對該材料掉以輕心，必須根據(jù)爐型的特點精心選用合適的耐火耐磨材料，而且還需制定出相應(yīng)的標準、規(guī)范、要求、合理配方，并組織技術(shù)力量過硬的隊伍去完成施工任務(wù)。
耐火材料是種礦產(chǎn)物資，礦產(chǎn)資源質(zhì)量的好壞是與合成的溫度、壓力、年限有關(guān)系。耐火材料又是一種非均質(zhì)體，有主、副成分之分，我們通常將其基本成分稱為主要成分，而將其它成分稱為副成分，而副成分又是有意添加的以提高產(chǎn)品某些方面性能的成分和材料中本身攜帶的雜質(zhì)所組成。耐火材料中的主要成分是該材料中的主體，也是我們選中要用材料的唯一標準。最大限度地選用主要成分較高的份額和降低有害成分或雜質(zhì)較少的份額，是保證耐火材料質(zhì)量的重要一環(huán)。或者通過一些有效的措施辦法和手段，例如：使用一些添加劑、結(jié)合劑、穩(wěn)定劑、燒結(jié)劑、減水劑、抗水劑、抗氧化劑、促凝劑等等，這些都是為了提高耐火材料本身的抗壓、耐溫、耐磨、抗沖刷、耐腐蝕的作用，最終的目的就是為了讓耐火耐磨材料能夠滿足在高溫條件下的運行要求，為高溫領(lǐng)域的技術(shù)服好務(wù)。
我們知道，耐火耐磨材料的主要功能是抵隅高溫作用的，因此，它必須由較高熔點的化合物所組成。只有較高熔點的化合物在原材料中的含量較多時，耐火材料才能獲得較高的耐火溫度；只有較高的耐火溫度才能抵隅高溫情況下產(chǎn)生的對耐火材料各種破壞力，這是我們選用耐火耐磨材料的原則。如果我們選用的耐火耐磨材料不能在高溫下抵隅由物理、化學(xué)、機械等方面產(chǎn)生的作用力，不能抵隅爐渣、煙塵、腐蝕性氣體等有害雜質(zhì)元素的侵蝕，勢必就會產(chǎn)生耐火材料的熔融、軟化、融蝕、磨損和迸裂損壞。為了避免這類情況發(fā)生，我們應(yīng)優(yōu)先選用一些適合循環(huán)流化床鍋爐本身情況的耐火耐磨材料，如果我們一味地選用高擋優(yōu)質(zhì)材料，雖然能滿足使用要求，但造價昂貴很不經(jīng)濟；如果選用的材料不能滿足這種爐型的運行要求，再經(jīng)濟的耐火材料也不能使用在鍋爐設(shè)備上，所以說選用什么樣的材料是一項技術(shù)性很強、知識面很廣、需要考慮諸多因素的細致工作，決不是一項一般的工作，更不能粗心大意。
2 磨損機理
鍋爐的運行調(diào)整，說穿了就是對燃燒的調(diào)整，而燃燒本身又是一種化學(xué)反應(yīng)過程。燃料入爐后，在合適溫度、充足氧量、均勻攪拌、足夠時間的條件下進行完全燃燒。循環(huán)流化床鍋爐也不例外，只是爐內(nèi)的燃燒是采用低溫燃燒新技術(shù)，爐內(nèi)的燃燒溫度要比煤粉爐、鏈條爐、旋風(fēng)爐等爐型低一些。而均勻攪拌和足夠燃燼時間卻比目前投放市場運行的任何爐型都優(yōu)越，這就是循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高的最大優(yōu)點之一。
循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理是：新燃料入爐后，立即被卷入到大量的物料中，在熾熱的物料里，首先吸熱、蒸發(fā)水分和揮發(fā)份的析出并燃燒，而后進行焦碳的燃燒及灰份的形成。這一系列燃燒過程都是在劇烈的流化循環(huán)過程中進行的。中倍率的循環(huán)流化床鍋爐新入爐的燃料只占整個循環(huán)物料的6 ～8%左右甚至更少，可以講新燃料入爐后在燃燒過程中所放出的全部熱量首先傳給循環(huán)物料和維持爐內(nèi)溫度。循環(huán)流化床鍋爐在正常運行中，所謂的循環(huán)物料就是一種載熱體。由于整個燃燒過程都是在劇烈的流化循環(huán)中進行，所以說在整個的鍋爐運行中，就存在著一個循環(huán)物料與各受熱面，循環(huán)物料與爐襯材料的磨損問題，各處磨損的嚴重與否，磨損量的多少。經(jīng)各國的多次實驗和實際運行情況總結(jié)得出的結(jié)果是成下列關(guān)系式：A=V3.P.фQ/K，A？？磨損量、V？？循環(huán)物料的運動速度、P？？爐內(nèi)壓力、φ？？循環(huán)物料直徑、Q？？循環(huán)物料的濃度、K？？燃用煤種的可磨性系數(shù)。即：磨損量與物料運動速度三次方、與爐內(nèi)壓力、物料直徑和爐內(nèi)的物料濃度成正比，而與煤種的可磨性系數(shù)成反比例關(guān)系。所以講爐子的密相區(qū)由于氣、固兩種物質(zhì)流速快，壓力相對比較高，物料直徑和濃度比較大，致使磨損較嚴重。而爐膛出口雖然爐內(nèi)壓力、循環(huán)物料直徑和濃度都較小，但流速在加快，同樣磨損也很嚴重，密相區(qū)及爐膛出口均在受熱面上打一層耐磨材料，其用意就在這里。
我們經(jīng)分析知道了磨損是由于物料的運動速度、物料濃度、物料的直徑和爐內(nèi)壓力所造成的，而這些因素都是循環(huán)流化床鍋爐固有的特性，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的，是無法改變和抗拒的，只有循環(huán)物料運動速度是隨燃燒調(diào)整中送、引風(fēng)量的多少而隨時變化。不論從減輕磨損的角度，還是從經(jīng)濟運行的角度，一定要調(diào)整最佳的送、引風(fēng)量。因為多余的送風(fēng)，不但能造成過快的煙氣流速加速磨損。而且還會造成廠用電上升，排煙熱損失增大，鍋爐效率下降，白白浪費廠用電和熱能源。所以說過多的送風(fēng)不僅僅是一個造成經(jīng)濟損失的問題，而且也是一個影響安全指標的問題。運行調(diào)整中一定要以確保安全為原則，以提高鍋爐的經(jīng)濟運行為核心、以為企業(yè)創(chuàng)最大的經(jīng)濟效益為目的，以獲得爐子滿負荷較長運行周期為出發(fā)點，實實在在做好運行中的調(diào)整工作。
在爐膛內(nèi)，氣、固兩種物質(zhì)的運動是錯綜復(fù)雜的，從宏觀上講是按照設(shè)計流向進行的，但從微觀上看，物料運動的方向自密相區(qū)的始端開始就雜亂無序，物料和入爐的原煤在一、二次風(fēng)的作用下被強烈流化并向上運動，在向上運動的所有物料粒子都同時受著三個方面的作用力；即粒子本身向下的重力，煙風(fēng)向上流動對粒子的推動力，以及粒子和粒子之間向上運動時的摩擦力。經(jīng)分析得知：當(dāng)粒子本身的重力和粒子向上運動時之間的摩擦力之和大于煙風(fēng)流動對粒子向上推動力時，該粒子就會向下降落或向煙風(fēng)推動力較小的四周漂移后沿水冷壁及鰭片下滑，下滑到一定高度當(dāng)粒子重力和摩擦力之和小于煙風(fēng)向上流動力時又被托起，較大的顆粒物料直至返回到密相區(qū)。煤粒在運動中燃燒了自己變成了飛灰，煤中的雜質(zhì)變成了物料，原來的物料在強烈運動的摩擦中使自身的質(zhì)量下降，上升高度不斷增加直到最后離開爐膛，爐膛內(nèi)每時每刻總是這樣周而復(fù)始地進行著。所以說循環(huán)流化床鍋爐的爐膛內(nèi)從微觀上分析，有成千上萬個小循環(huán)。而且在高度上的不論哪個截面，以及截面和截面之間其物料的濃度、直徑、爐內(nèi)壓力都不一樣，這些參數(shù)都和爐膛高度成反比例關(guān)系，所以爐內(nèi)的磨損量也是呈下面比上面嚴重這種關(guān)系變化的。
爐內(nèi)磨損無論是對受熱面還是對爐襯材料，都是從表面開始，逐漸向內(nèi)延進。由于爐內(nèi)溫度較高且又有一些腐蝕性氣體，物料的磨損只占其中的一部分，而且還要經(jīng)受高溫腐蝕、氧化腐蝕、二氧化硫及三原子氣體的腐蝕等等。受熱面都是用優(yōu)質(zhì)金屬材料制造的，受各種氣體腐蝕的因素較少，主要是受循環(huán)物料的磨損，而對爐襯材料來說磨損和腐蝕確是全方位的。我們選用的爐襯材料都是由各種礦物質(zhì)根據(jù)不同化學(xué)配方制成的，在配制過程中，選用了各種級配比的骨料和相當(dāng)數(shù)量的粉料以及超細微粉另加添加劑和促凝劑，從而獲得一種較理想的高強度、耐磨損、抗沖刷、抗剝落、熱穩(wěn)定性能好的耐火材料。耐火耐磨材料的性能是否能滿足循環(huán)流化床鍋爐的需要是各耐火材料生產(chǎn)廠家的迫切愿望，也是各使用循環(huán)流化床鍋爐用戶的希望所在，所以說選用的耐火耐磨材料質(zhì)量好壞對后天鍋爐安全經(jīng)濟運行十分重要。
根據(jù)幾個鍋爐廠投放市場后若干臺循環(huán)流化床鍋爐的運行情況看，有相當(dāng)數(shù)量的爐子其選用的耐火耐磨爐襯材料，都不能滿足運行要求。經(jīng)幾千小時運行，其表面就有明顯磨損，各種級配的骨料裸露在表面，有相當(dāng)一部分一動馬上就要掉落。從實際磨損留下的痕跡分析得知；就是所選用的耐磨材料黏合劑或結(jié)合劑不能將所有的各種級配的骨料和粉料黏結(jié)在一起，使之達到循環(huán)流化床鍋爐運行所需要的高強度、耐磨損、抗沖刷、抗剝落、熱穩(wěn)定性好的要求。由于耐磨澆注料中的骨料和粉料是均勻分布的，其黏結(jié)強度不好致使粉料磨損后，骨料就被裸露在表面就變成了無本之木，就會自然脫落或漫漫的被全部磨光，所保護的受熱面和擔(dān)當(dāng)?shù)拿芊庾饔枚紝o用，這樣的情況還算是不錯的。還有一種情況，使用在設(shè)備上的耐火材料，不但表面上磨損嚴重，而且內(nèi)部變酥松強度急劇下降，這樣的耐磨材料經(jīng)常造成大面積脫落，及早的失去保護受熱面和密封的作用，絕大多數(shù)還會造成事故停爐，嚴重影響了熱動設(shè)備的安全運行。造成這種事情發(fā)生的根本原因，不是我們選用的耐火耐磨材料骨料和粉料質(zhì)量差，不能滿足使用要求，而是配制的技術(shù)不過關(guān)和配比比例不合適。先進發(fā)達國家生產(chǎn)的耐磨材料，使用在密相區(qū)僅有20-30毫米厚，就可使用五萬小時以上而且表面很光滑，質(zhì)量是非常好的。而從我們使用的耐火耐磨材料磨損留下的痕跡分析，耐火材料中的骨料和各種粉料耐磨性能是可以的，由施工后表面特別光滑，當(dāng)運行一段時間后，其表面就很粗糙或非常粗糙，這時比較粗糙的表面就會一層一層的脫落，更嚴重的用手一掰就下來一大塊，用錘子一敲發(fā)出砰砰的酥松聲音，追其根本原因就是使用在耐磨材料中的結(jié)合劑或粘結(jié)劑不好，不能將各種級配的耐火材料有機結(jié)合在一起，不能獲得較高的強度和耐磨性能，不能使整個混凝土強度達到骨料的強度，這樣就很難抵抗由高溫造成的各種腐蝕和破壞，就很難確保爐子的正常運行，經(jīng)常造成事故停爐就成了必然的結(jié)果，就成了一個無法抗拒的事實，所以選用什么樣的耐火耐磨材料對后天安全運行意義特別深遠和重大。如果一旦選用了不合適的耐火耐磨材料，以后想徹底更換要花費幾倍的努力才能實現(xiàn)，這方面的教訓(xùn)實在是太多太多啦。
3 結(jié)束語
人類的生存、生活和生產(chǎn)均離不開用火，為了防止高溫造成的損壞，必須將耐火材料這門技術(shù)研究好和利用好。地球上的耐溫氧化物質(zhì)分布和含量基本差不多，而后天的合成方法及配比技術(shù)，是隨各國的技術(shù)狀況相差很大，我國的耐火材料與發(fā)達國家相比落后很多，不論是耐壓強度、抗折強度、粘合強度，還是體積密度、真實比重等都與發(fā)達國家有較大的差距，在這種情況下我們更應(yīng)該高度重視為高溫技術(shù)服務(wù)的耐溫耐磨材料的質(zhì)量。在使用前根據(jù)情況精心選料，精心配制；在施工中嚴格按要求精心施工、精心養(yǎng)護；在運行中盡量避免對耐火、耐磨材料造成急冷急熱而產(chǎn)生的膨脹不均造成的不應(yīng)有的損壞。讓耐火材料在熱動設(shè)備、冶金工業(yè)、人類生活等方面發(fā)揮出他應(yīng)有的作用，服務(wù)好高溫技術(shù)、服務(wù)好人類的生產(chǎn)和生活。同時我們也呼吁國家級科研單位及早研制開發(fā)出若干種高強、耐磨、抗沖刷、熱穩(wěn)定性好的耐溫耐磨材料，將我國與先進國家在耐火材料領(lǐng)域的差距縮小，從而趕上或超過發(fā)達國家，從而讓耐溫、耐磨這種輔助性材料在為熱動設(shè)備服務(wù)的過程中不能影響其安全經(jīng)濟運行。
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