系統分析水泥窯耐火材料

華占剛

（宜興國冶窯爐工程有限公司 214226）

1 水泥窯耐火材料的含義

水泥窯耐火材料是指在耐火材料錐形體試樣在沒有負重的情況下，能夠抵抗不小于1500℃，并且不軟化熔倒的一種無機非金屬材料。水泥窯耐火材料分為三種：第一個堿性澆注料：其優點是抗堿性非常好，缺點是膨脹系數有些大和抗震性比較弱；第二個是高硅質材料：優點是一定的溫度下與窯料、窯氣里的堿化合物產生化學反應，表面會形成一層致密的保護釉層，起到內部和堿隔離的作用。缺點是荷軟溫度較低，不耐摩擦；第三個是高鋁質澆注料，優點是硬度大、耐磨擦。缺點是不耐堿性，如果碰見含有硅質的材料時，其中的材料結構就會遭到破壞，使得體積膨脹迅速不僅體積膨脹，使用性能也變低。

2 水泥窯耐火材料使用的現狀

不同年代的水泥窯狀況都各不相同，比如在當前，各個水泥生產企業每一年的耐火材料消耗數字都非常高，因為各個水泥工業都是主要采用耐火材料作為平時的基礎性消耗材料，就像是一噸做好的熟料，就會伴隨著0.85kg耐火材料的消耗。再加上，時而會停止水泥窯，就更加的使耐火材料的使用率大為降低，耐火材料在預分解窯的運轉率也不是很好，這就是當前水泥窯耐火材料的使用現狀。

在水泥窯耐火材料上，由于水泥生產商讓舊窯在生產線上不停地運轉，透支的使用舊窯而為了建設新窯，使得新、舊水泥窯耐火材料的使用混亂。不僅造成了很大的浪費，還不利于水泥窯耐火材料的環保性能。并且在1960年后，水泥窯耐火材料以鎂質耐火材料為代表，它因為能夠非常好的抵御水泥熟料和窯皮的化學侵蝕，所以在很多的新型干法水泥窯的燒成帶，都非常樂意使用它；在1970年和1980年期間，搗打料和水泥結合普通澆注料作為水泥耐火材料時期。這種水泥窯耐火材料采用平頂結構，方便砌筑，有利于加熱爐的操作和維護。與此時相反，現代企業是以低水泥、超低水泥和無水泥澆注為依據的，并且在冶金工業也得到了應用，在普通澆注料基礎上發展起來的一類高技術耐火澆注料。

3 水泥窯耐火材料出現的問題

3.1 材料不夠綠色環保

在我國水泥工業得到飛速發展的背景下，在1960年后，鎂鉻質耐火材料以其良好的使用性能，而被廣泛應用于水泥窯的耐火材料上。但是經檢查，鎂鉻質耐火材料的主要組成原料在使用過程中特別容易和磚里的Cr2O3成份，還有窯氣等相結合，從而導致有毒的化合物的形成。在水泥窯內部加入材料運作后，燃料中所帶入的硫，非常容易和耐火材料互相產生反應，從而導致一種溶于水的Cr6+有毒的致癌物質。然后，在水泥窯里面加工材料時，水泥窯內襯上的含有一部分的Cr6+化合物的鎂鉻磚，會在空氣中，與窯氣、粉塵向外溢散，導致水泥窯廠區域內大氣污染。如果它飄落在外面的周邊環境里，就會使得外面的水源發生污染現象。更嚴重的是，工作人員在維修時，都會進入水泥窯內檢修作業，而其中的窯氣和碎磚粉塵里面含有的有毒物質，直接會給檢修人員造成化學毒害。這樣慢慢就會形成一個死循環，工作人員無法有效的對水泥窯里面的工具和耐火材料進行排查、檢修，就會導致生產的水泥也愈來愈差。

3.2 出現化學損毀現象

水泥窯耐火材料在投入生產的過程中，會因為時不時地磨損和機械應力產生的磨損，使得水泥窯耐火材料被損壞。還會發生：氣損、持續收縮和因為高溫而剝裂產生的軟化損傷。氣損，是指水泥窯耐火材料被侵蝕和破壞掉，預分解窯充分的利用了余熱預熱，堿、硫酸鹽等氯化物在窯內揮發，這與原始生料相比在最熱組預熱器的窯料中R2O差了5倍，更是SO3的3～5倍，與此同時，引起化學反應，造成水泥窯耐火材料的侵蝕和破壞。

持續收縮是指耐火材料隨著長時間的水泥窯日夜不停地運轉過程中，高溫受熱產生的熱應力收縮，磚縫裂開引起材料脫落現象。

熱剝裂而軟化損傷，是指水泥窯耐火材料壓縮強度遭到損壞，其表面和內部膨脹產生差距應變，并且水泥窯每轉一周受到的周期性溫差就會受到的急冷急熱作用，造成水泥窯的耐火材料表面剝裂，最后崩塌開來。

4 水泥窯耐火材料的改進措施

4.1 建設多功能的水泥窯耐火材料結構體系

由于水泥窯耐火材料的環保性比較差，導致水泥窯的施工效率降低、工作人員以及周邊地區的安全問題增多，所以建設多功能發展的水泥窯耐火材料體系刻不容緩。多功能的水泥窯耐火材料包括以下幾個方面：首先是導熱低并且耗能小的水泥窯耐火材料，為了提高以上的這些性能，必須先進行技術上的革新，提高它蘊含的科技力量。把它的微小結構和性能變得更加容易操控，并且要保證技術的穩定性，在使用過程中，能夠較大程度的隨意改進不符合的地方。

其次是保證耐火材料的環保性，可以采用方鎂石—鐵鋁尖晶石磚和鎂鈣鋯磚等。在水泥窯的回轉部分的高溫地帶上，增強耐火材料的掛窯皮性、發生震動的抵抗能力等等，這樣就能解決耐火材料的環保問題了。

再次是實現水泥窯用耐火材料全窯無鉻化，可以提高環保程度，盡量解決鉻污染問題。最后是水泥窯用的耐火材料都具有一定的周期性，在運作結束后，把它重新組合回收，達到重復利用的環保效果。把一次性資源轉化為二次資源，主要是因為國內利用二次性資源的利用率太低，所以水泥窯耐火材料的環保節能性質遲遲得不到好的提升。為了形成高效的利用效率，需要重點研究使用材料重復利用這一塊，推選專業性人才，務必細致、完美的處理好這些問題。

4.2 各個擊破，使用恰當材料

在面對水泥窯耐火材料出現的各種化學問題時，只有逐個擊破，才能系統的、全面的把問題解決完。首先，針對上文的氣損問題，可以采用與氣體接觸或與氣體凝結物反應速度慢，并且密度較高而強度小的耐火材料，最后對砌縫進行密封。

其次，對于水泥窯耐火材料持續收縮這個問題來說，企業應改用永久收縮小的、在燒成帶上能夠對窯筒體進行冷卻的耐火材料，比如鎂鋁尖晶石一類。

再次，面對高溫而剝裂產生的軟化損傷時，首先應該避免快冷快熱，然后再使用抵御熱沖擊性強和負重軟化點高的耐火材料。在分析完每個部分需要什么耐火材料后，需要再細細考量材料的各方面品質。比如，對水泥窯耐火材料的高強高耐磨性進行分析：性能來自材料本身性質。該澆注料主料選用高鋁剛玉質材料，眾所周知，剛玉是一種高硬度高強度的材料，耐磨損是肯定的。但在澆注料里只有顆粒耐磨是沒有用的，還必須結合劑與基質部分同樣耐磨才行，比如，與剛玉同質材料@-Al2O3微粉。

5 結語

綜上所述，中國是發展中國家，傳統工業，即高溫工業仍舊占工業總生產值的大部分，而水泥窯耐火材料作為支撐高溫工業發展的基礎性材料，必須提高其發展速度。盡管與發達國家相比，我國水泥窯耐火材料結構中不定形耐火材料比重偏低。但是，我國的水泥窯耐火材料的需求量大，所以未來它將以更快的速度實現普及，相關行業企業也有望實現超常規的發展。

[1]郁秀娟.水泥試驗檢測的技術研究[J].城市建設理論研究，No.2，2014

[2]章道運，孫露霞.大型水泥窯用堿性磚的開發與應用[J]，河南建材，2013（1）：38-40.