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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yè)每一年的耐火材料消耗數字都非常高，因為各個水泥工業(yè)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(huán)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(yè)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(yè)也得到了應用，在普通澆注料基礎上發(fā)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(huán)保

在我國水泥工業(yè)得到飛速發(fā)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(qū)域內大氣污染。如果它飄落在外面的周邊環(huán)境里，就會使得外面的水源發(fā)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(yè)，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(huán)，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(fā)生：氣損、持續(xù)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(fā)，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(xù)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(huán)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(qū)的安全問題增多，所以建設多功能發(fā)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(wěn)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(huán)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(fā)生震動的抵抗能力等等，這樣就能解決耐火材料的環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)保節(jié)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(yè)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(xù)收縮這個問題來說，企業(yè)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(fā)展中國家，傳統工業(yè)，即高溫工業(yè)仍舊占工業(yè)總生產值的大部分，而水泥窯耐火材料作為支撐高溫工業(yè)發(fā)展的基礎性材料，必須提高其發(fā)展速度。盡管與發(fā)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(yè)企業(yè)也有望實現超常規(guī)的發(fā)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(fā)與應用[J]，河南建材，2013（1）：38-40.