系统分析水泥窑耐火材料

华占刚

（宜兴国冶窑炉工程有限公司 214226）

1 水泥窑耐火材料的含义

水泥窑耐火材料是指在耐火材料锥形体试样在没有负重的情况下，能够抵抗不小于1500℃，并且不软化熔倒的一种无机非金属材料。水泥窑耐火材料分为三种：第一个碱性浇注料：其优点是抗碱性非常好，缺点是膨胀系数有些大和抗震性比较弱；第二个是高硅质材料：优点是一定的温度下与窑料、窑气里的碱化合物产生化学反应，表面会形成一层致密的保护釉层，起到内部和碱隔离的作用。缺点是荷软温度较低，不耐摩擦；第三个是高铝质浇注料，优点是硬度大、耐磨擦。缺点是不耐碱性，如果碰见含有硅质的材料时，其中的材料结构就会遭到破坏，使得体积膨胀迅速不仅体积膨胀，使用性能也变低。

2 水泥窑耐火材料使用的现状

不同年代的水泥窑状况都各不相同，比如在当前，各个水泥生产企业每一年的耐火材料消耗数字都非常高，因为各个水泥工业都是主要采用耐火材料作为平时的基础性消耗材料，就像是一吨做好的熟料，就会伴随着0.85kg耐火材料的消耗。再加上，时而会停止水泥窑，就更加的使耐火材料的使用率大为降低，耐火材料在预分解窑的运转率也不是很好，这就是当前水泥窑耐火材料的使用现状。

在水泥窑耐火材料上，由于水泥生产商让旧窑在生产线上不停地运转，透支的使用旧窑而为了建设新窑，使得新、旧水泥窑耐火材料的使用混乱。不仅造成了很大的浪费，还不利于水泥窑耐火材料的环保性能。并且在1960年后，水泥窑耐火材料以镁质耐火材料为代表，它因为能够非常好的抵御水泥熟料和窑皮的化学侵蚀，所以在很多的新型干法水泥窑的烧成带，都非常乐意使用它；在1970年和1980年期间，捣打料和水泥结合普通浇注料作为水泥耐火材料时期。这种水泥窑耐火材料采用平顶结构，方便砌筑，有利于加热炉的操作和维护。与此时相反，现代企业是以低水泥、超低水泥和无水泥浇注为依据的，并且在冶金工业也得到了应用，在普通浇注料基础上发展起来的一类高技术耐火浇注料。

3 水泥窑耐火材料出现的问题

3.1 材料不够绿色环保

在我国水泥工业得到飞速发展的背景下，在1960年后，镁铬质耐火材料以其良好的使用性能，而被广泛应用于水泥窑的耐火材料上。但是经检查，镁铬质耐火材料的主要组成原料在使用过程中特别容易和砖里的Cr2O3成份，还有窑气等相结合，从而导致有毒的化合物的形成。在水泥窑内部加入材料运作后，燃料中所带入的硫，非常容易和耐火材料互相产生反应，从而导致一种溶于水的Cr6+有毒的致癌物质。然后，在水泥窑里面加工材料时，水泥窑内衬上的含有一部分的Cr6+化合物的镁铬砖，会在空气中，与窑气、粉尘向外溢散，导致水泥窑厂区域内大气污染。如果它飘落在外面的周边环境里，就会使得外面的水源发生污染现象。更严重的是，工作人员在维修时，都会进入水泥窑内检修作业，而其中的窑气和碎砖粉尘里面含有的有毒物质，直接会给检修人员造成化学毒害。这样慢慢就会形成一个死循环，工作人员无法有效的对水泥窑里面的工具和耐火材料进行排查、检修，就会导致生产的水泥也愈来愈差。

3.2 出现化学损毁现象

水泥窑耐火材料在投入生产的过程中，会因为时不时地磨损和机械应力产生的磨损，使得水泥窑耐火材料被损坏。还会发生：气损、持续收缩和因为高温而剥裂产生的软化损伤。气损，是指水泥窑耐火材料被侵蚀和破坏掉，预分解窑充分的利用了余热预热，碱、硫酸盐等氯化物在窑内挥发，这与原始生料相比在最热组预热器的窑料中R2O差了5倍，更是SO3的3～5倍，与此同时，引起化学反应，造成水泥窑耐火材料的侵蚀和破坏。

持续收缩是指耐火材料随着长时间的水泥窑日夜不停地运转过程中，高温受热产生的热应力收缩，砖缝裂开引起材料脱落现象。

热剥裂而软化损伤，是指水泥窑耐火材料压缩强度遭到损坏，其表面和内部膨胀产生差距应变，并且水泥窑每转一周受到的周期性温差就会受到的急冷急热作用，造成水泥窑的耐火材料表面剥裂，最后崩塌开来。

4 水泥窑耐火材料的改进措施

4.1 建设多功能的水泥窑耐火材料结构体系

由于水泥窑耐火材料的环保性比较差，导致水泥窑的施工效率降低、工作人员以及周边地区的安全问题增多，所以建设多功能发展的水泥窑耐火材料体系刻不容缓。多功能的水泥窑耐火材料包括以下几个方面：首先是导热低并且耗能小的水泥窑耐火材料，为了提高以上的这些性能，必须先进行技术上的革新，提高它蕴含的科技力量。把它的微小结构和性能变得更加容易操控，并且要保证技术的稳定性，在使用过程中，能够较大程度的随意改进不符合的地方。

其次是保证耐火材料的环保性，可以采用方镁石—铁铝尖晶石砖和镁钙锆砖等。在水泥窑的回转部分的高温地带上，增强耐火材料的挂窑皮性、发生震动的抵抗能力等等，这样就能解决耐火材料的环保问题了。

再次是实现水泥窑用耐火材料全窑无铬化，可以提高环保程度，尽量解决铬污染问题。最后是水泥窑用的耐火材料都具有一定的周期性，在运作结束后，把它重新组合回收，达到重复利用的环保效果。把一次性资源转化为二次资源，主要是因为国内利用二次性资源的利用率太低，所以水泥窑耐火材料的环保节能性质迟迟得不到好的提升。为了形成高效的利用效率，需要重点研究使用材料重复利用这一块，推选专业性人才，务必细致、完美的处理好这些问题。

4.2 各个击破，使用恰当材料

在面对水泥窑耐火材料出现的各种化学问题时，只有逐个击破，才能系统的、全面的把问题解决完。首先，针对上文的气损问题，可以采用与气体接触或与气体凝结物反应速度慢，并且密度较高而强度小的耐火材料，最后对砌缝进行密封。

其次，对于水泥窑耐火材料持续收缩这个问题来说，企业应改用永久收缩小的、在烧成带上能够对窑筒体进行冷却的耐火材料，比如镁铝尖晶石一类。

再次，面对高温而剥裂产生的软化损伤时，首先应该避免快冷快热，然后再使用抵御热冲击性强和负重软化点高的耐火材料。在分析完每个部分需要什么耐火材料后，需要再细细考量材料的各方面品质。比如，对水泥窑耐火材料的高强高耐磨性进行分析：性能来自材料本身性质。该浇注料主料选用高铝刚玉质材料，众所周知，刚玉是一种高硬度高强度的材料，耐磨损是肯定的。但在浇注料里只有颗粒耐磨是没有用的，还必须结合剂与基质部分同样耐磨才行，比如，与刚玉同质材料@-Al2O3微粉。

5 结语

综上所述，中国是发展中国家，传统工业，即高温工业仍旧占工业总生产值的大部分，而水泥窑耐火材料作为支撑高温工业发展的基础性材料，必须提高其发展速度。尽管与发达国家相比，我国水泥窑耐火材料结构中不定形耐火材料比重偏低。但是，我国的水泥窑耐火材料的需求量大，所以未来它将以更快的速度实现普及，相关行业企业也有望实现超常规的发展。

[1]郁秀娟.水泥试验检测的技术研究[J].城市建设理论研究，No.2，2014

[2]章道运，孙露霞.大型水泥窑用碱性砖的开发与应用[J]，河南建材，2013（1）：38-40.