電石渣是電石法生產乙炔過程中產生的工業廢渣，隨著PVC市場需求量的增加，電石渣的量也在增加，這需要與其配套的產業及時將其利用，以避免其堆放帶來的對土地資源的佔用和環境汙染。用電石渣配料生產水泥熟料的工藝已經十分成熟，是消納電石渣的最佳匹配工藝，國內已有相當數量的電石渣配料生產水泥熟料的生產線在消化大量的電石渣，實現資源綜合利用，促進循環經濟發展。但該工藝與傳統石灰石配料生產水泥熟料的生產線不同，這種不同不僅體現在電石渣主要成分與石灰石不同外，還體現在電石渣含有較多的有害成分Cl-、S等。這些有害成分控制不到位，單位時間富集的量較傳統配料的生產線更多，更易帶來系統內的結皮堵塞，加重設備的腐蝕，縮短耐火材料的使用壽命。本文結合工廠生產實際，對電石渣配料生產熟料生產線耐火材料的使用經驗進行總結，以供相關企業參考。
1 電石渣配製生料的有害成分
擁有三級旋風筒預熱器帶管道式分解爐預分解窯水泥生產線一條，日產熟料2500 t，專門利用電石渣生產水泥熟料。電石渣是電石水解獲取乙炔氣後的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣，可以代替石灰石配製生料，高敏、文柏鳴的研究指出，不同廠的電石渣有害元素含量相差比較大，應根據具體的情況採取處理措施，但總體還有一定傾向性，比如鹼含量都比較低，而硫和氯的含量則波動大。我公司所用電石渣配製的生料從成分上就能看出其含有相對較高的硫、氯等有害物質，見表1、表2。
2 有害成分對耐火材料使用性能的影響
從表1和表2的對比可以看出，利用電石渣配製的生料中，硫、氯等成分高出許多，尤其是後者。這些成分不僅通過引發結皮影響耐火材料的使用壽命，也會通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命，還會透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命。
2.1 通過引發結皮影響耐火材料的使用壽命
硫、氯在預熱器系統內不斷循環富集，當超過一定含量時就會產生大量低熔點礦物粘附在生料和耐火材料表面，不斷積累，最終因管道有效容積減小或脫落髮生堵塞事故，嚴重影響企業的
表1 石灰石配製生料的化學成分 %
表2 電石渣代替石灰石配製生料的化學成分 %
正常生產。大量研究也證明生料中的氯離子在預熱器中與鹼形成氯化鹼，氯化鹼的熔點低，最低熔點在650～700 ℃，其以熔融態粘附在物料表面形成液相黏膜，並與生料和飛灰一起構成粘聚物質，阻礙生料的顆粒流動，從而使物料在預熱器中流動不暢和形成粘附性結皮堵塞。氯化鹼沸點低，揮發率高，再次富集的濃度高，從而導致氯化鹼和鹼的大量循環富集，從而加重預熱器和分解爐的粘結性結皮堵塞事故。
多年的實踐證實，當入窯生料中SO3≥0.7%，Cl-≥0.2%，預熱預分解系統內、煙室結皮(圖1)就會增多變硬，不但影響系統通風導致煤粉燃燒不充分，窯內長厚窯皮，嚴重時影響產、質量，而且容易頻發系統堵塞造成停機。我們對結皮樣品進行化學分析，結果如表3，結皮樣中氯含量是生料的7倍之多。
圖1 預熱預分解系統結皮狀況
表3 結皮樣品化學分析結果 %
預熱預分解系統澆注料主要以碳化矽抗結皮澆注料為主，其原理是在高溫狀態下，材料表面會自然形成釉，阻止入窯生料中玻璃相的滲透，從而起到抗結皮的作用，因具有很高的硬度和非常好的高溫體積穩定性，不與生料反應而被廣泛使用。當生料中Cl-含量異常升高後導致系統結皮增多，為了保證系統正常生產必然增加清掃頻次。目前的清掃工具以高壓水槍為主，原理是用長槍桿將水射入結皮內，在高溫物料內水驟然汽化而產生強烈爆炸將結皮除掉，頻繁使用會破壞澆注料表面那層釉，導致表面凹凸不平，如圖1，降低了澆注料的抗結皮效果。
2.2 通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命
一些知名的耐火材料供應商，比如雷法、奧鎂等，對耐火磚的失效機理進行了深入研究。他們認為耐火磚經常會遭受化學滲透、機械應力、熱應力的作用而失效。奧鎂公司在一份報告中指出，在燒成系統運行一段時間後，中性的鹼鹽會凝固並沉積在耐火磚的孔隙中並將孔隙充滿。如果系統中硫的含量高，進入火磚基質中的腐蝕性液體會破壞鎂質磚中的矽酸鈣結合相。火磚中的孔隙被鹽類(比如Na2SO4、NaCl、KCl)充滿後，火磚的導熱係數會急劇提高，當溫度升高時，鹽類凝結區域會向冷麵移動，更大範圍地影響耐火材料的性能。火磚的導熱係數急劇提高帶來的結果是：迴轉窯筒體的溫度上升，散熱損失增大，另外加速筒體的腐蝕。
2.3 透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命
燒成系統鋼材消耗除了普通鋼板外使用量最大的就是耐熱不鏽鋼，例如旋風筒內筒、窯頭、尾護鐵、窯尾下料簸箕和澆注料骨架錨固件等。由於澆注料等耐火材料孔隙率大，加上Cl-具有離子半徑小、穿透能力強等特點，通過氣孔深入到內部，吸附在金屬表面，許多研究證明金屬表面有一層緻密的氧化膜(鈍化膜)，其厚度在10～30埃，在侵蝕性離子作用下，鈍化膜破壞的地方形成一個圓孔產生點蝕，這些地方容易形成點蝕核心，點蝕坑內往往填充著腐蝕產物，就會形成點蝕源。圖2所示是金屬錨固件遭受腐蝕的情況，錨固件腐蝕嚴重導致承載力不足，澆注料會因此發生鬆動、脫落。
圖2 耐火材料錨固件等金屬器件的腐蝕鋼
3 延長耐火材料使用壽命的措施
通常情況下，燒成系統耐火材料的更換要以檢測數據為依據，按照標準進行，嚴禁隨意拍板或按時間更換的不良做法。應根據運行期間筒體溫度、耐火磚表面及側端面侵蝕情況及下一個計劃運行周期綜合考慮。
從表1和表2的對比可以看出，利用電石渣配製的生料中，硫、氯等成分高出許多，為了不影響企業的正常運轉，採取了以下措施：
(1)為了緩解Cl-對金屬錨固件的腐蝕，用無機防腐塗料隔離Cl-與金屬錨固件的接觸，可有效防止不鏽鋼腐蝕。
(2)普通奧氏體不鏽鋼在含有氯離子的環境裡很容易發生點腐蝕和縫隙腐蝕。因此可以使用超級奧氏體不鏽鋼材料提高抗氯離子侵蝕能力，根據情況選擇不同合金型號，例如提高合金金屬裡的鉻≥20%，鎳≥20%，鉬≥6%含量，有助於增強不鏽抗局部腐蝕能力。
(3)使用抗結皮性能較好的澆注料，目前通用SiC抗結皮產品，其機理是SiC與氧氣發生反應，在耐火材料表面形成一層緻密的玻璃相，減少有害氣體滲入耐火材料內部，同時增加了耐火材料的表面張力，降低了與有害成分的粘附，從而達到抗結皮的功效。這在一般正常操作情況下是沒有問題的。
(4)科學合理匹配燒成系統澆注料(見表4)和迴轉窯所用耐火材料(見表5)。
表4 不同部位澆注料的配置及使用壽命
*實際壽命是本企業實際使用情況。
表5 迴轉窯所用耐火材料
4 結束語
預分解窯與生俱來的優勢必然使水泥工業成為綠色環保功能產業，資源化利用工業固體廢棄物是這一趨勢的具體表現之一。利用預分解窯處理電石渣就是這一趨勢的具體實踐。在實踐中，發現在利用電石渣配製的生料中，硫、氯等成分高出許多。這些成分不僅通過引發結皮影響耐火材料的使用壽命，也會通過化學滲透影響耐火材料的使用壽命，還會透過耐火材料腐蝕錨固件等金屬器件來影響耐火材料的使用壽命。採取的措施是：(1)用無機防腐塗料隔離Cl-與金屬錨固件的接觸;(2)選用超級奧氏體不鏽鋼材料增強不鏽鋼抗局部腐蝕能力;(3)使用抗結皮性能較好的澆注料;(4)科學合理匹配燒成系統澆注料和迴轉窯所用耐火材料。