華占剛

（宜興國(guó)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(méi)有負(fù)重的情況下，能夠抵抗不小于1500℃，并且不軟化熔倒的一種無(wú)機(jī)非金屬材料。水泥窯耐火材料分為三種：第一個(gè)堿性澆注料：其優(yōu)點(diǎn)是抗堿性非常好，缺點(diǎn)是膨脹系數(shù)有些大和抗震性比較弱；第二個(gè)是高硅質(zhì)材料：優(yōu)點(diǎn)是一定的溫度下與窯料、窯氣里的堿化合物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，表面會(huì)形成一層致密的保護(hù)釉層，起到內(nèi)部和堿隔離的作用。缺點(diǎn)是荷軟溫度較低，不耐摩擦；第三個(gè)是高鋁質(zhì)澆注料，優(yōu)點(diǎn)是硬度大、耐磨擦。缺點(diǎn)是不耐堿性，如果碰見(jiàn)含有硅質(zhì)的材料時(shí)，其中的材料結(jié)構(gòu)就會(huì)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(xiàn)狀

不同年代的水泥窯狀況都各不相同，比如在當(dāng)前，各個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)每一年的耐火材料消耗數(shù)字都非常高，因?yàn)楦鱾€(gè)水泥工業(yè)都是主要采用耐火材料作為平時(shí)的基礎(chǔ)性消耗材料，就像是一噸做好的熟料，就會(huì)伴隨著0.85kg耐火材料的消耗。再加上，時(shí)而會(huì)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(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率也不是很好，這就是當(dāng)前水泥窯耐火材料的使用現(xiàn)狀。

在水泥窯耐火材料上，由于水泥生產(chǎn)商讓舊窯在生產(chǎn)線上不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，透支的使用舊窯而為了建設(shè)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(fèi)，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(zhì)耐火材料為代表，它因?yàn)槟軌蚍浅：玫牡钟嗍炝虾透G皮的化學(xué)侵蝕，所以在很多的新型干法水泥窯的燒成帶，都非常樂(lè)意使用它；在1970年和1980年期間，搗打料和水泥結(jié)合普通澆注料作為水泥耐火材料時(shí)期。這種水泥窯耐火材料采用平頂結(jié)構(gòu)，方便砌筑，有利于加熱爐的操作和維護(hù)。與此時(shí)相反，現(xiàn)代企業(yè)是以低水泥、超低水泥和無(wú)水泥澆注為依據(jù)的，并且在冶金工業(yè)也得到了應(yīng)用，在普通澆注料基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類高技術(shù)耐火澆注料。

3 水泥窯耐火材料出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 材料不夠綠色環(huán)保

在我國(guó)水泥工業(yè)得到飛速發(fā)展的背景下，在1960年后，鎂鉻質(zhì)耐火材料以其良好的使用性能，而被廣泛應(yīng)用于水泥窯的耐火材料上。但是經(jīng)檢查，鎂鉻質(zhì)耐火材料的主要組成原料在使用過(guò)程中特別容易和磚里的Cr2O3成份，還有窯氣等相結(jié)合，從而導(dǎo)致有毒的化合物的形成。在水泥窯內(nèi)部加入材料運(yùn)作后，燃料中所帶入的硫，非常容易和耐火材料互相產(chǎn)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致一種溶于水的Cr6+有毒的致癌物質(zhì)。然后，在水泥窯里面加工材料時(shí)，水泥窯內(nèi)襯上的含有一部分的Cr6+化合物的鎂鉻磚，會(huì)在空氣中，與窯氣、粉塵向外溢散，導(dǎo)致水泥窯廠區(qū)域內(nèi)大氣污染。如果它飄落在外面的周邊環(huán)境里，就會(huì)使得外面的水源發(fā)生污染現(xiàn)象。更嚴(yán)重的是，工作人員在維修時(shí)，都會(huì)進(jìn)入水泥窯內(nèi)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(zhì)，直接會(huì)給檢修人員造成化學(xué)毒害。這樣慢慢就會(huì)形成一個(gè)死循環(huán)，工作人員無(wú)法有效的對(duì)水泥窯里面的工具和耐火材料進(jìn)行排查、檢修，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的水泥也愈來(lái)愈差。

3.2 出現(xiàn)化學(xué)損毀現(xiàn)象

水泥窯耐火材料在投入生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)闀r(shí)不時(shí)地磨損和機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的磨損，使得水泥窯耐火材料被損壞。還會(huì)發(fā)生：氣損、持續(xù)收縮和因?yàn)楦邷囟鴦兞旬a(chǎn)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(yù)分解窯充分的利用了余熱預(yù)熱，堿、硫酸鹽等氯化物在窯內(nèi)揮發(fā)，這與原始生料相比在最熱組預(yù)熱器的窯料中R2O差了5倍，更是SO3的3～5倍，與此同時(shí)，引起化學(xué)反應(yīng)，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(zhǎng)時(shí)間的水泥窯日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，高溫受熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力收縮，磚縫裂開(kāi)引起材料脫落現(xiàn)象。

熱剝裂而軟化損傷，是指水泥窯耐火材料壓縮強(qiáng)度遭到損壞，其表面和內(nèi)部膨脹產(chǎn)生差距應(yīng)變，并且水泥窯每轉(zhuǎn)一周受到的周期性溫差就會(huì)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(kāi)來(lái)。

4 水泥窯耐火材料的改進(jìn)措施

4.1 建設(shè)多功能的水泥窯耐火材料結(jié)構(gòu)體系

由于水泥窯耐火材料的環(huán)保性比較差，導(dǎo)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(wèn)題增多，所以建設(shè)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(gè)方面：首先是導(dǎo)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(jìn)行技術(shù)上的革新，提高它蘊(yùn)含的科技力量。把它的微小結(jié)構(gòu)和性能變得更加容易操控，并且要保證技術(shù)的穩(wěn)定性，在使用過(guò)程中，能夠較大程度的隨意改進(jìn)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(zhuǎn)部分的高溫地帶上，增強(qiáng)耐火材料的掛窯皮性、發(fā)生震動(dòng)的抵抗能力等等，這樣就能解決耐火材料的環(huán)保問(wèn)題了。

再次是實(shí)現(xiàn)水泥窯用耐火材料全窯無(wú)鉻化，可以提高環(huán)保程度，盡量解決鉻污染問(wèn)題。最后是水泥窯用的耐火材料都具有一定的周期性，在運(yùn)作結(jié)束后，把它重新組合回收，達(dá)到重復(fù)利用的環(huán)保效果。把一次性資源轉(zhuǎn)化為二次資源，主要是因?yàn)閲?guó)內(nèi)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(zhì)遲遲得不到好的提升。為了形成高效的利用效率，需要重點(diǎn)研究使用材料重復(fù)利用這一塊，推選專業(yè)性人才，務(wù)必細(xì)致、完美的處理好這些問(wèn)題。

4.2 各個(gè)擊破，使用恰當(dāng)材料

在面對(duì)水泥窯耐火材料出現(xiàn)的各種化學(xué)問(wèn)題時(shí)，只有逐個(gè)擊破，才能系統(tǒng)的、全面的把問(wèn)題解決完。首先，針對(duì)上文的氣損問(wèn)題，可以采用與氣體接觸或與氣體凝結(jié)物反應(yīng)速度慢，并且密度較高而強(qiáng)度小的耐火材料，最后對(duì)砌縫進(jìn)行密封。

其次，對(duì)于水泥窯耐火材料持續(xù)收縮這個(gè)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，企業(yè)應(yīng)改用永久收縮小的、在燒成帶上能夠?qū)ΩG筒體進(jìn)行冷卻的耐火材料，比如鎂鋁尖晶石一類。

再次，面對(duì)高溫而剝裂產(chǎn)生的軟化損傷時(shí)，首先應(yīng)該避免快冷快熱，然后再使用抵御熱沖擊性強(qiáng)和負(fù)重軟化點(diǎn)高的耐火材料。在分析完每個(gè)部分需要什么耐火材料后，需要再細(xì)細(xì)考量材料的各方面品質(zhì)。比如，對(duì)水泥窯耐火材料的高強(qiáng)高耐磨性進(jìn)行分析：性能來(lái)自材料本身性質(zhì)。該澆注料主料選用高鋁剛玉質(zhì)材料，眾所周知，剛玉是一種高硬度高強(qiáng)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(méi)有用的，還必須結(jié)合劑與基質(zhì)部分同樣耐磨才行，比如，與剛玉同質(zhì)材料@-Al2O3微粉。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，傳統(tǒng)工業(yè)，即高溫工業(yè)仍舊占工業(yè)總生產(chǎn)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(chǔ)性材料，必須提高其發(fā)展速度。盡管與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)水泥窯耐火材料結(jié)構(gòu)中不定形耐火材料比重偏低。但是，我國(guó)的水泥窯耐火材料的需求量大，所以未來(lái)它將以更快的速度實(shí)現(xiàn)普及，相關(guān)行業(yè)企業(yè)也有望實(shí)現(xiàn)超常規(guī)的發(fā)展。

[1]郁秀娟.水泥試驗(yàn)檢測(cè)的技術(shù)研究[J].城市建設(shè)理論研究，No.2，2014

[2]章道運(yùn)，孫露霞.大型水泥窯用堿性磚的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]，河南建材，2013（1）：38-40.