无顶模施工技术在水泥窑口的应用

在熟料煅烧过程中，水泥窑口所处的位置极为特殊，窑头高达1 700℃左右的火焰及出窑1 350℃左右的高温熟料，对浇注料产生巨大的热辐射；随窑转动的高温熟料及二次风夹带的飞砂对浇注料进行冲刷；窑口护铁受高温膨胀，窑口筒体椭圆度变形及窑砖下压等因素，都对浇注料带来不利的影响。这些恶劣工况导致浇注料脱离，影响浇注料的使用寿命。一般窑口浇注料脱落，需要采取停窑处理的方式进行修复，因此水泥窑口是生产中需要重点关注及维护的部位。本文采用的无顶模施工技术，通过使用低水泥浇注料、活动型锚固件、不支顶模、护铁单块留设膨胀缝及浇注料排气孔、烘干等技术，有效增加了浇注料的牢固度，延长了窑口浇注料的使用寿命。1、无顶模施工技术1.1无顶模施工浇注料介绍无顶模施工采用低水泥高铝碳化硅质浇注料，是以进口红柱石为骨料，外加30%高品位SiC的低水泥含量浇注料，专为水泥窑系统的出窑口、喷煤管和冷却机牛鼻子等工况恶劣的部位所设计。低水泥高铝碳化硅质浇注料具有较高的机械强度，因而对机械磨损具有非常好的抵抗性。其作为高端耐火材料，不仅具有非常好的抗热震稳定性、抗化学侵蚀性，而且该产品在高温状态下能够保持非常稳定的线性变化，有效地避免了出现裂缝和剥落的现象，更好地延长了耐火材料的使用寿命。在施工过程中，该产品的加水量一般控制在4%~5%即可达到非常好的流动性。在窑口施工时，配合分体活动型锚固件及不支顶模的施工方式，产品的使用寿命可以达到12个月以上。1.2窑口锚固件的设计方案无顶模施工窑口浇注料锚固见图1。采用分体活动型金属锚固件，底座为方形条块，材质与窑筒体母材一致，厚度8mm；中间穿孔焊接上部V型扒钉，扒钉材质310S，直径Φ8mm。在窑体长度方向，锚固件的长度是0.85×浇注料厚度，锚固件间距设置为150mm；在窑体径向，锚固件的长度是90~125mm，锚固件间距设置为150~200mm，锚固件的布置形式按V型方向采用交叉布置（见图2）。方形底座焊接面积大，焊接力强，不易掉落；V型扒钉与底座进行点焊，当受膨胀应力时点焊处脱开，扒钉可以活动，不使浇注料受到破坏。图1无顶模施工窑口锚固件设计方案图2锚固件的结构和布置1.3无顶模形式及膨胀缝留设不同于传统窑口浇注料施工方式，窑口浇注料无顶模施工只需在窑口护铁端面沿窑圆周方向制作环形边模，无需设置平面模板，如图3所示。图3窑口护铁端面沿窑圆周制作环形边模以每块护铁及对应位置为独立模块，在焊接锚固件时留好模块与模块之间缝隙。相邻模块间插入5mm三合板作膨胀缝（也可用6mm塑料中空板），其施工与传统方式对比见图4。膨胀缝可略高于浇注料表面，施工完后可以清晰看到规范留设的膨胀缝（见图5）。耐火砖与浇注料之间可用陶瓷纤维纸及塑料膜预留膨胀及隔水保护。图4有无支模浇注料施工方式图5无顶模施工后的膨胀缝1.4无顶模施工步骤（1）锚固件焊接完成后，检查锚固件的焊接情况合格，锚固件V型顶端需佩戴好配套的塑料帽。在护铁、锚固件、挡砖圈等和浇注料接触的金属上刷沥青漆并保证涂刷厚度约2mm，在浇注料施工前要保证沥青漆干涸。材料搅拌时必须先干搅均匀，然后逐渐加水搅拌直至材料满足施工流动性。严格控制加水量，必须用量杯量取，按材料的加水量根据现场情况调整。材料搅拌所需时间长，准备两台30r/min以上转速搅拌机轮流搅拌，满足施工进度要求。（2）底模及边模模板支设完毕，留顶模不支，起始浇注位置放在入窑过桥下方，窑水平中心位置，沿窑转的方向，留好浇注料挡板，避免浇注及转窑时浇注料往窑转动的下方跑动。以护铁为单位逐块施工浇注，浇注完一块护铁位置，留设一道膨胀缝，浇注料振捣密实，用10mm钢钎插孔留排气孔，排气孔的留设密度为横纵间距100mm×100mm，深度为浇注料厚度的2/3。一般浇完2~3块护铁开始转窑，把未浇部位的2~3块护铁转至起始浇注位置，已浇好的浇注料表面用木炭热源进行烘烤使材料硬化。一般木炭用铁筒或盆装好，可以移动。这样循环浇注、振捣、插孔、烘烤、转窑，直至浇注完工。窑口浇注料施工完后即可开始烘烤，要求在窑口下篦冷机上覆盖200mm厚熟料，在熟料上堆木材用大火进行烘烤。烘烤温度现场灵活掌握，窑口位置气体温度控制200℃左右，烘烤时间视检修开窑时间定，一般8h以上，每隔2h转1/2圈，也可以用桶装木炭进行烘烤。

2、两种浇注料施工方式的比较（1）无顶模施工使用的低水泥高铝碳化硅质浇注料，所需加水量少也可以达到很好的流动性，所以无顶模施工可以有效控制水分，振捣密实，整个施工面敞开，方便振动。而支模施工加水量偏少时，振捣不到位容易导致打空。（2）无顶模施工方式膨胀缝是可以直接看到的，而且敞开式施工，可以每块护铁之间都留一道膨胀缝，使护铁与护铁之间相对独立，减少由于护铁松动、变形或热胀等积压浇注料造成损伤。而支模施工时护铁被盖在模板下，在振动过程中容易倾斜或变形，影响浇注料成形；无顶模施工则可有效避免此类情况。

（3）无顶模施工方式在振捣完成后即插孔排气并烘烤，使浇注料中的水分及时蒸发，避免表面硬化后内部水分不能排出，在高温物料出来时急剧膨胀造成浇注料开裂损坏。有顶模施工需待浇注料达到一定强度才能拆模，拆模后不便留设排气孔洞，升温过程中温度控制不好时容易产生微裂纹，影响浇注料后期使用。

3、使用效果不同施工方式浇注料的使用情况见图6。原窑口浇注料在使用9~10个月后护铁端面浇注料在转角处容易脱落，然后导致护铁部位浇注料整体脱落，不到一个大修检修周期就需要进行修补，造成停产损失。2021年开始我公司窑口采用无顶模技术进行施工，使用13个月后浇注料仍保持比较完好，大大延长了使用寿命。图6浇注料施工优化前后情况

4、结束语水泥窑窑口浇注料的使用寿命直接影响水泥窑的持续稳定运行，