水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料

工信部2013年9月1日頒布實(shí)施的JC/T 2196－《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）是部指導(dǎo)、規(guī)范水泥窯用耐火材料應(yīng)用的建材行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?！兑?guī)程》的頒布實(shí)施結(jié)束了多年來我國水泥窯用耐火材料的使用沒有法規(guī)性指導(dǎo)文件的狀況。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合目前行業(yè)現(xiàn)狀并參照國外水平，是在匯集我國水泥窯用耐火材料幾十年的科研、設(shè)計(jì)成果和使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編制而成的，對現(xiàn)階段我國水泥窯用耐火材料的設(shè)計(jì)、優(yōu)化選材配套、節(jié)能環(huán)保、施工及使用維護(hù)具有指導(dǎo)性。

本文就水泥預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展和窯用耐火材料總體發(fā)展情況、標(biāo)準(zhǔn)編制特點(diǎn)、創(chuàng)新性、重要性、標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對水泥和耐火材料生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的影響進(jìn)行闡述，并展望水泥窯用耐火材料的未來發(fā)展。

1 水泥窯用耐火材料技術(shù)總體發(fā)展情況

水泥窯用耐火材料是水泥熟料煅燒配套的關(guān)鍵材料，其技術(shù)進(jìn)展是隨水泥工業(yè)的技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的。

世紀(jì)水泥工業(yè)有兩次重大的技術(shù)突破，次是傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯在上世紀(jì)初得到全面推廣，第二次是預(yù)分解技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了水泥窯的熱效率和單機(jī)生產(chǎn)能力，促進(jìn)了水泥工業(yè)向大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展，而與水泥工業(yè)配套的耐火材料，也反映出此發(fā)展趨勢。簡略地說，上世紀(jì)初至50年代是以黏土、高鋁質(zhì)耐火材料來滿足以濕法窯為主的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)和發(fā)展。50年代以后，上述材料的性能進(jìn)一步完善和提高，出現(xiàn)了鎂質(zhì)、特種高鋁質(zhì)以及各種成分的耐火澆注料來適應(yīng)懸浮預(yù)熱、預(yù)分解窯技術(shù)的發(fā)展，并隨預(yù)分解窯技術(shù)的進(jìn)步而提高。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，以及工業(yè)廢物作水泥生產(chǎn)的代用原燃料的數(shù)量逐年增加，促進(jìn)了抗熱、熱化學(xué)、熱機(jī)械侵蝕的高性能鎂質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火材料技術(shù)的發(fā)展，此外，隨著環(huán)保條令逐年嚴(yán)格，均對耐火材料提出新的技術(shù)要求，目前這一趨勢仍在進(jìn)行中。

2 預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展對耐火材料的影響和技術(shù)需求

2.1 預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展情況

上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的預(yù)分解窯對耐火材料提出了一些新的技術(shù)要求。80年代以來，預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展和完善，生產(chǎn)規(guī)模逐年增大，目前新建的生產(chǎn)線生產(chǎn)能力主要為4000～7000 t/d熟料，大型生產(chǎn)線為10 000～1 2000 t/d熟料。系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)性能不斷完善和提高?；剞D(zhuǎn)窯長徑比逐年下降，二支承窯大量出現(xiàn)，單位容積產(chǎn)量逐年上升。率的篦冷機(jī)逐步取代厚料層篦冷機(jī)，又被效率更高的無漏料縱向運(yùn)行冷卻機(jī)取代。沖量和動量更大的多風(fēng)道燃燒器火焰集中，煙氣溫度更高，可適用于燒質(zhì)次的燃煤和工業(yè)廢燃料。由上述裝備組成的燒成系統(tǒng)熱耗，20世紀(jì)70年代一般為4.18×(800～850)kJ/kg熟料，筒體散熱損失為4.18×90 kJ/kg熟料，窯運(yùn)轉(zhuǎn)率約85%，至目前熱耗低于4.18×700 kJ/kg熟料、筒體散熱損失低于4.18×60 kJ/kg熟料，窯運(yùn)轉(zhuǎn)率提高至92%以上。在若干年內(nèi)，可能達(dá)到4.18×(650～熟料，窯體散熱低于4.18×45 kJ/kg熟料，窯運(yùn)轉(zhuǎn)率提高至95%以上。

近年來，生態(tài)化水泥生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展在預(yù)分解窯上尤為突出，不同行業(yè)的工業(yè)廢物大量地作用水泥原燃料，低品位燃料也大量應(yīng)用，一些有害元素和重金屬元素也隨之帶入系統(tǒng)內(nèi)。此外，水泥生產(chǎn)過程中，NOx、SO2等有害氣體及粉塵排放的控制，以及六價(jià)鉻造成水污染的限制，都對耐火材料提出了技術(shù)需求。

2.2 預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展對耐火材料技術(shù)的需求

2.2.1 不動設(shè)備襯料

（1）與早期的系統(tǒng)相比，窯尾廢氣溫度提高100～150 ℃以上，堿、硫、氯等結(jié)皮阻塞的現(xiàn)象和部位均有所增加。采用工業(yè)廢燃料和低品位燃煤后，有害物進(jìn)一步增加，結(jié)皮阻塞現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。不動設(shè)備的襯料，不僅考慮抗堿、氯、硫等有害物的侵蝕及防結(jié)皮措施，還應(yīng)考慮與襯料帶來配套的金屬錨釘和錨固件以及金屬筒體承受高溫和抗堿、硫、氯侵蝕的工況條件，盡量減輕金屬件的損壞。

（2）系統(tǒng)熱耗逐年下降，燃料燃燒所需的二次空氣量相應(yīng)減少，再加上冷卻機(jī)熱效率的提高，入窯的二次空氣溫度進(jìn)一步增加，以及多風(fēng)道燃燒器的使用，使燃燒器前端、窯門罩、篦冷機(jī)進(jìn)料口部位的溫度有較大提高，上述部位襯料不僅承受較高溫度的熟料、煙氣和氣流溫度的熱應(yīng)力，還要承受熔體（液相）熟料和粉塵熟料的侵蝕，更為嚴(yán)重的是遭受表面帶熔體（液相）的高溫熟料的“雪人”的侵蝕。

（3）燃料價(jià)格上漲，一些以往不能在水泥工業(yè)應(yīng)用的燃煤，因技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)已在分解爐內(nèi)大量應(yīng)用。如低揮發(fā)分燃煤燃點(diǎn)溫度高，且顆粒細(xì)，再加上三風(fēng)道燃燒器的使用，易在分解爐內(nèi)造成局部高溫，這對分解爐的工作層和隔熱層材料的使用溫度和隔熱性能提出更高的技術(shù)要求。

（4）窯的產(chǎn)量持續(xù)增加，預(yù)熱器的規(guī)格和級數(shù)均在增加，預(yù)熱器塔架所承受的金屬筒體和襯料的負(fù)荷相應(yīng)增大，減輕襯料重量對降低負(fù)荷及土建投資意義重大。其措施是在保持襯料性能的前提下，降低襯料容重；另一措施是，適當(dāng)提高隔熱層性能和厚度，減少工作層襯料厚度，這對襯磚的機(jī)械性能提出更高的要求。

（5）隨著熟料質(zhì)量要求的提高，煅燒溫度相應(yīng)提高，生料的配料率值相應(yīng)增加，熟料在煅燒過程中飛砂料相應(yīng)增加，這對三次風(fēng)管、窯門、篦冷機(jī)內(nèi)與熟料接觸部位的襯體的磨蝕及襯體結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

（6）為減少NOx排放量，分解爐內(nèi)推行分級燃燒技術(shù)，即燃料在局部還原氣氛內(nèi)燃燒，襯料內(nèi)易受還原氣氛影響還原成二價(jià)鐵，磚內(nèi)的鐵含量有所限制。

（7）為防止含堿、硫化合物透過襯料縫隙，腐蝕金屬筒體和托磚板、錨釘?shù)炔考?，設(shè)置密閉性襯體，嚴(yán)格控制磚縫，對襯磚的外觀尺寸和襯體施工要2.2.1 回轉(zhuǎn)窯襯體

（1）窯產(chǎn)量增加，窯徑加大，窯內(nèi)燒成帶襯磚所承受的單位熱負(fù)荷隨產(chǎn)量增加而增大，也易增大筒體橢圓度變化對襯磚所承受的熱機(jī)械應(yīng)力。

（2）窯速進(jìn)一步增大，目前設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速高達(dá)330 r/h，運(yùn)轉(zhuǎn)中易使火磚滑動，產(chǎn)生擠壓損壞。此外，窯速增加，增大窯口部位襯磚所承受的向下推力，易造成損壞。這對窯內(nèi)火磚的強(qiáng)度、精度和施工質(zhì)量提高了要求。

（3）為進(jìn)一步降低水泥中熟料摻加量和增加混凝土強(qiáng)度，熟料質(zhì)量要求越來越高。熟料中的石灰石飽和系數(shù)KH、硅酸率SM進(jìn)一步增加，熟料的煅燒溫度進(jìn)一步增加。窯料中的熔體量、熔體表面張力、熔體粘度均發(fā)生變化，對窯皮的性能也有影響。上述情況對窯內(nèi)燒成帶和上下過渡帶使用的耐火磚以及窯口、窯門罩、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)其他高溫部位的襯磚提出更高的溫度要求，也對襯磚的高溫強(qiáng)度和抗機(jī)械應(yīng)力，以及粘掛窯皮的性能提出了要求。

（4）由于技術(shù)進(jìn)步，一些生產(chǎn)廠家放棄長期使用的20%～30%揮發(fā)分的燃煤，改用揮發(fā)分低于的無煙煤。此類煤粉顆粒細(xì)，且燃點(diǎn)高，火焰集中，對輪帶附近燒成帶耐火磚的抗機(jī)械應(yīng)力提出更高的需求。由于燃煤的揮發(fā)分低，沒有完全燃燒的煤粉在燃燒的過程中，沉積在沒有窯皮的磚面上，造成耐火磚碳剝落。此外，含硫較高的燃煤在還原氣氛下，由二氧化硫和氧化鈣結(jié)合的硫酸鈣分解，重新生成二氧化硫，在回轉(zhuǎn)窯后部分解帶易與窯料一起結(jié)厚窯皮、結(jié)圈、結(jié)大顆粒熟料，并對該部位窯襯和金屬筒體造成化學(xué)侵蝕，相應(yīng)對耐火襯料和金屬材料提出抗化學(xué)侵蝕要求。

（5）工業(yè)廢物作原燃料的影響。上世紀(jì)年代初，工業(yè)發(fā)達(dá)開始在水泥窯上煅燒工業(yè)廢物，90年代起，逐步加大工業(yè)廢物、市政垃圾作水泥原燃料的應(yīng)用，目前個(gè)別原料代用超過260 kg/t水泥，代用燃料達(dá)到煅燒熟料熱值的，這一趨勢仍在擴(kuò)大?？吹焦I(yè)廢物作原燃料對生產(chǎn)控制和熟料質(zhì)量帶來的影響。工業(yè)廢物等作原燃料的品種多，數(shù)量少，成分難于均勻且含水量高，入窯的原燃料成分波動大，硫、氯、堿等有害物成分及數(shù)量多，致使生料的率值、生料易燒性、熔體量、熔體粘度等頻繁變化，在生產(chǎn)操作時(shí)，需經(jīng)常調(diào)整操作參數(shù)，以保證熟料質(zhì)量穩(wěn)定，但事實(shí)上很難做到，其結(jié)果是：原燃料成分波動，熟料質(zhì)量難于穩(wěn)定，易造成襯磚受熱、熱化學(xué)、熱機(jī)械應(yīng)力損壞；生產(chǎn)中易出現(xiàn)不完全燃燒，增加了硫、氯、堿等有害元素化合物的循環(huán)，易出現(xiàn)窯尾后結(jié)圈、長厚窯皮及預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮堵塞，此工況易對耐火磚造成化學(xué)侵蝕；熔體量、熔體粘度的頻繁變化，易使燒成帶窯皮厚薄變化及坍落，耐火磚和窯筒體受熱不均易損壞；代用燃料性能不一，其火焰的位置也不一致，相應(yīng)增加了燒成帶長度的變化和不穩(wěn)定，增加了堿性磚的長度，此外還易造成筒體變形對襯磚的機(jī)械應(yīng)力損壞。

上述情況對燒成系統(tǒng)內(nèi)耐火磚和金屬部件產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，提高性能才能滿足生產(chǎn)需求。

近年來一些耐火材料的性能，如耐火度、抗熱震、抗硫堿侵蝕及抗機(jī)械應(yīng)力均有較大提高。

（6）廢熱發(fā)電的影響。近年來，預(yù)熱器、冷卻機(jī)廢氣用于發(fā)電，但一些生產(chǎn)線抽取過多的高溫?zé)犸L(fēng)，易使窯內(nèi)煙氣呈還原氣氛，增加硫堿循環(huán)；造成窯尾結(jié)皮堵塞和產(chǎn)生粉塵熟料，降低窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。上述情況相應(yīng)增加窯襯和筒體熱化學(xué)侵蝕。故對窯內(nèi)耐火磚的氧化鐵含量及抗堿硫侵蝕和粉塵磨蝕均提出技術(shù)要求。

（7）六價(jià)鉻的影響。水泥窯內(nèi)大量使用三價(jià)的鎂鉻磚，在窯內(nèi)含堿的窯氣使用后還原成極易溶于水且對人體十分有害的六價(jià)鉻。工業(yè)化在上世紀(jì)90年代起就制定保護(hù)水源的限制值，規(guī)定飲用水限制值為0.05 mg Cr6+/l，河流為0.30 mg Cr6+/l，污水為0.50 mg Cr6+/l。同時(shí)規(guī)定了要對水泥窯使用后的鎂鉻殘磚和水泥廠排水及水泥產(chǎn)品含鉻量進(jìn)行全面監(jiān)控。上述限制迫使工業(yè)化停止在水泥窯上使用含鉻的耐火襯料。進(jìn)入21世紀(jì)，又制定了限制水泥中含Cr6+的限制值，明確禁止使用和銷售水溶液Cr6+含量超過2 ppm的水泥，并制定了測試方法。

上述要求進(jìn)一步限止了鎂鉻磚使用，開發(fā)適于掛窯皮的新品種的無鉻耐火磚。

（8）NOx排放的影響。水泥生產(chǎn)減少NOx排放措施主要有：窯主燃燒器呈現(xiàn)局部還原氣氛，以減少NOx的分解爐燃燒器在還原煙氣中分級煅燒，或使用噴氨減少NOx排放。窯和分解爐內(nèi)局部還原氣氛相應(yīng)促使耐火磚內(nèi)Fe2O3在CO作用下生成、FeO、Fe3C、Fe和CO2，體積膨脹致使耐火磚體損壞，對特種高鋁磚、堿性磚內(nèi)的Fe2O3含量提出控制要求，一般≤1.0%。

3 《水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料使用規(guī)程》的制定及特點(diǎn)、創(chuàng)新性和重要性

上世紀(jì)90年代中期起，我國預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)技術(shù)得以全面發(fā)展。至2011年起，生產(chǎn)線已增加至1 500多條以上，水泥產(chǎn)量達(dá)18.66億t，水泥窯的規(guī)格從單窯平均產(chǎn)能提升至80萬t，單窯規(guī)格上升至12 000 t/d熟料。2011年我國預(yù)分解窯數(shù)量和產(chǎn)量是全世界多的，占總量50％以上。平均熟料熱耗也是世界的，為112 kg標(biāo)煤。近年來，用工業(yè)廢物及低品位礦石作原料的數(shù)量增加，低熱值、低揮發(fā)分、高含硫、高內(nèi)水的燃煤大量應(yīng)用。

工業(yè)廢物、城市垃圾、污泥作代用燃料開始應(yīng)用，有害物排放限制值逐步嚴(yán)格。上述變化促使耐火材料在水泥生產(chǎn)過程中，所承受的熱、熱化學(xué)、熱機(jī)械應(yīng)力大幅增高，從而對其性能提出新的要求。而原有的“水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程”（試行）已不能滿足需求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，制定水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料使用規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，才能滿足水泥預(yù)分解窯和耐火材料技術(shù)的發(fā)展?！端嗷剞D(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》制定和推廣應(yīng)用目的在于優(yōu)化耐火材料質(zhì)量，全面延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和生產(chǎn)管理水平，提高熟料產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能源和耐火材料的消耗量，提高水泥生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，經(jīng)工信部批準(zhǔn)立項(xiàng)，有關(guān)人員和部門組織耐火材料行業(yè)的一線和企業(yè)編制制訂《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》。

《規(guī)程》由國內(nèi)長期進(jìn)行預(yù)分解窯耐火材料產(chǎn)品研究、生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)、施工和水泥生產(chǎn)企業(yè)具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有關(guān)技術(shù)人員編制，代表面廣，編制內(nèi)容切合實(shí)際，操作性強(qiáng)，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外水泥預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展和逐步嚴(yán)格的環(huán)保條令提出耐火材料的發(fā)展趨勢，具有一定的性和前瞻性，有利于耐火材料和水泥工業(yè)的發(fā)展，也有利于行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，必然得到廣泛的支持和推廣應(yīng)用。

3.1 《規(guī)程》的特點(diǎn)

十二五期間，我國水泥產(chǎn)量將突破20億t，人均年消費(fèi)超過1 700 kg以上，產(chǎn)能過剩必將淘汰傳統(tǒng)立窯和小型技術(shù)落后的預(yù)分解窯，大型預(yù)分解窯數(shù)量在國內(nèi)不可能大量增加，一些生產(chǎn)線只有進(jìn)一步提高、優(yōu)化技術(shù)才能得以生存和發(fā)展。而國外人均年消費(fèi)約300 kg，一些發(fā)展中需要新建水泥生產(chǎn)線，我國的水泥預(yù)分解窯技術(shù)面向國外，才能更好發(fā)展，但需面對發(fā)達(dá)的技術(shù)和價(jià)格等因素的競爭，更多的是節(jié)能環(huán)保帶來的新的挑戰(zhàn)。

這意味著，水泥工業(yè)面臨新的發(fā)展機(jī)遇，相應(yīng)帶來水泥窯用耐火材料技術(shù)的發(fā)展。

《規(guī)程》全面總結(jié)半個(gè)世紀(jì)以來國內(nèi)外預(yù)分解窯技術(shù)進(jìn)展及其對水泥窯用耐火材料的技術(shù)需求和發(fā)展?fàn)顩r，明確水泥窯用耐火材料使用性能的提高是從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)操作控制整個(gè)環(huán)鏈的技術(shù)提高為保證。在總結(jié)的基礎(chǔ)上，將上述環(huán)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)國內(nèi)單位的科研、產(chǎn)品性能、襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及生產(chǎn)操作控制經(jīng)驗(yàn)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)予以介紹。并作參照標(biāo)準(zhǔn)，有利于同行進(jìn)行比較，提高后進(jìn)單位的耐火材料使用性能，促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。

《規(guī)程》明確滿足節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的襯里設(shè)計(jì)及燒成系統(tǒng)用耐火材料整體配置，以及施工和使用、維護(hù)。明確水泥生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展促進(jìn)耐火材料技術(shù)進(jìn)展，十分有利于水泥工業(yè)“十二五”規(guī)劃的科技創(chuàng)新目標(biāo)和耐火材料技術(shù)進(jìn)步目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，起到引領(lǐng)水泥窯用耐火材料行業(yè)健康發(fā)展的作用，也為我國水泥工業(yè)引領(lǐng)世界水泥工業(yè)作出有力的技術(shù)支撐。

3.2 《規(guī)程》的創(chuàng)新性

《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》匯集了我國預(yù)分解窯水泥技術(shù)發(fā)展過程中，不同時(shí)期科研、設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)集成創(chuàng)新且仍在應(yīng)用發(fā)展的成果；提出水泥窯用耐火材料技術(shù)是隨水泥熟料煅燒工藝技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的，明確未來水泥工業(yè)在節(jié)能減排、工業(yè)廢棄物利用對耐火材料性能的需求，為水泥耐火材料技術(shù)進(jìn)步指明途徑；明確水泥燒成系統(tǒng)耐火材料的選用標(biāo)準(zhǔn)從產(chǎn)品使用質(zhì)量和使用周期發(fā)展為以節(jié)能、環(huán)保及水泥窯協(xié)同處置廢棄物等全面系統(tǒng)的分析評價(jià)作為選用標(biāo)準(zhǔn)；《規(guī)程》所推薦的耐火、隔熱材料產(chǎn)品均是我國預(yù)分解窯水泥技術(shù)發(fā)展過程中，國內(nèi)科研、耐火企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品，通過進(jìn)一步技術(shù)優(yōu)化、完善和集成創(chuàng)新并在國內(nèi)外5 000～12 000 t/d級大型預(yù)分解窯使用且得到驗(yàn)證的技術(shù)的產(chǎn)品，其系統(tǒng)和完善性強(qiáng)；明確襯里是由耐火材料及相匹配的金屬部件所組成，統(tǒng)一考慮所承受的應(yīng)力，分析襯里損壞機(jī)理，提出優(yōu)化措施，減少金屬部件損壞對耐火材料的影響，有利于延長燒成系統(tǒng)整體裝備的使用壽命；明確水泥窯用耐火材料磚型與國際統(tǒng)一，簡化磚型數(shù)量。襯里采用金屬殼體內(nèi)耐火磚、不定型耐火材料、隔熱板及金屬部件組成的混合襯里設(shè)計(jì)，具有襯里重量輕、密閉性能好、漏風(fēng)量少、耐火磚型號數(shù)量少、筒體散熱損失低等優(yōu)點(diǎn)，可供其他工業(yè)借鑒；確定的水泥回轉(zhuǎn)窯主要部位耐火材料使用正常周期是在現(xiàn)有生產(chǎn)線應(yīng)用基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析后制定，既實(shí)用且，可操作性強(qiáng)。

3.3 《規(guī)程》的重要性

水泥窯用耐火材料使用好壞，直接影響水泥窯的產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率及熟料質(zhì)量?！兑?guī)程》全面總結(jié)半個(gè)世紀(jì)以來，國內(nèi)外預(yù)熱器、預(yù)分解窯發(fā)展過程中的技術(shù)進(jìn)展、對耐火材料技術(shù)發(fā)展的需求及其發(fā)展過程。明確耐火材料使用性能的提高是從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)操作控制整個(gè)環(huán)鏈的提高；總結(jié)現(xiàn)有耐火材料科研開發(fā)、產(chǎn)品性能、襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工、烘干升溫、生產(chǎn)操作運(yùn)行控制的整個(gè)程序，并以國內(nèi)單位的技術(shù)作為規(guī)程制定依據(jù)，必將為提高國內(nèi)現(xiàn)有水泥熟料產(chǎn)量和質(zhì)量、降低熱耗作出有力的技術(shù)支撐，對環(huán)保、淘汰落后產(chǎn)能和結(jié)構(gòu)調(diào)整均作出貢獻(xiàn)。明確水泥回轉(zhuǎn)窯磚型與國際一致，隨著產(chǎn)品性能的提高，有利于中國水泥生產(chǎn)裝備大幅進(jìn)軍海外市場和中國耐火材料產(chǎn)品大幅向海外市場的出口，有利于耐火材料產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，為我國水泥工業(yè)全面達(dá)到世界水平并在工藝和技術(shù)裝備等重要方面實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)和超越，形成技術(shù)、中國制造、國際的中國水泥制造技術(shù)。

《規(guī)程》的實(shí)施，有利于我國建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃中新一代預(yù)分解水泥工藝技術(shù)和水泥窯協(xié)同處置成套技術(shù)與裝備的標(biāo)志性指標(biāo)所需耐火材料的技術(shù)發(fā)展和提高，有力地支撐建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)。

4 我國水泥窯用耐火材料優(yōu)化發(fā)展的方向

耐火材料是保證熟料煅燒的重要原材料，上世紀(jì)80年代，我國水泥工業(yè)以立窯、濕法窯為主，與之相配的是黏土、高鋁磚。80年代中期，冀東、寧國等6條3 000 t/d級以上規(guī)模預(yù)分解窯引進(jìn)時(shí)，整條生產(chǎn)線所需的耐火材料及備品全套引進(jìn)，配套進(jìn)口近3萬t各種耐火材料。通過創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，至本世紀(jì)初，我國形成了預(yù)分解窯所需的耐堿磚、耐堿澆注料系列產(chǎn)品、剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)低水泥耐火澆注料產(chǎn)品、硅酸鈣板等隔熱材料產(chǎn)品、部份堿性磚系列產(chǎn)品。上述產(chǎn)品在21世紀(jì)以來的預(yù)分解窯生產(chǎn)的大發(fā)展中得到進(jìn)一步優(yōu)化提高，與此同時(shí)，還開發(fā)出一些新的品種來滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。目前，堿性磚可以滿足6 000 t/d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，高鋁質(zhì)、黏土質(zhì)的材料和耐火澆注料以及隔熱襯料完全滿足12 000 t/d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，有些還出口到國外。在此期間，耐火襯料的設(shè)計(jì)由初期的全套引進(jìn)、生產(chǎn)實(shí)踐及優(yōu)化提高，逐步轉(zhuǎn)為自行設(shè)計(jì)，已完承擔(dān)不同規(guī)模的全套預(yù)分解窯生產(chǎn)線的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，此外，通過上千條生產(chǎn)線的現(xiàn)場施工，施工技術(shù)和生產(chǎn)應(yīng)用在實(shí)踐過程中全面提高，目前不僅承擔(dān)國內(nèi)不同規(guī)模的預(yù)分解窯耐火襯料施工圖的設(shè)計(jì)、施工，還隨工藝裝備的大量出口至國外，可以說設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)應(yīng)用已能完全勝任發(fā)展的需求。

改革開放的30余年來，我國工業(yè)迅速發(fā)展，鋼鐵和水泥的產(chǎn)量均居世界前列，耐火材料的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)量和消耗量也穩(wěn)居世界前位。我國耐火材料工業(yè)和水泥工業(yè)一樣也從“大而不強(qiáng)”，逐步轉(zhuǎn)入“又大又強(qiáng)”的過程中。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著水泥預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)能在我國快速增長，與之配套的耐火材料工業(yè)在我國迅速發(fā)展，質(zhì)量和產(chǎn)能不斷提高，近年來常規(guī)燃料煅燒的6 000 t/d級及以下規(guī)模回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯，實(shí)施國產(chǎn)化配置，一些產(chǎn)品的技術(shù)性能己接近國際水平，相當(dāng)數(shù)量出口至國外。從總體來看，和國外產(chǎn)品相比，技術(shù)仍存在差距，目前6 000 t/d以上規(guī)模生產(chǎn)線燒成帶、過渡帶上用的堿性磚，回轉(zhuǎn)窯分解帶、窯門罩、篦冷機(jī)進(jìn)料口部位的特種高鋁質(zhì)耐火磚，以及硅酸鈣板、耐堿系列等產(chǎn)品性能均有待進(jìn)一步提高。此外，適用于工業(yè)廢物作原燃料所產(chǎn)生的高熱化學(xué)應(yīng)力和抗筒體形變所產(chǎn)生的高熱機(jī)械應(yīng)力的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫部位耐火材料還有待開發(fā)。

5 《規(guī)程》實(shí)施近期對水泥生產(chǎn)及耐火企業(yè)產(chǎn)生的影響

5.1 水泥生產(chǎn)企業(yè)

水泥生產(chǎn)過程中，一般統(tǒng)計(jì)與耐火材料應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)為單位熟料生產(chǎn)消耗的磚耗和窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率及耐火磚使用壽命。我國水泥行業(yè)有關(guān)部門未作匯總統(tǒng)計(jì)，很難得出直接效果。世界的水泥公司發(fā)表的磚耗平均數(shù)據(jù)為：回轉(zhuǎn)窯消耗量占總量的74%，預(yù)熱器、分解爐、三次風(fēng)管、窯門、冷卻機(jī)、燃燒器等不動裝備消耗的占26%?；剞D(zhuǎn)窯耐火磚損壞的主要原因?yàn)椋?8%為正常損耗，用戶不正常工藝操作損耗約27%，筒體變形造成的機(jī)械損壞占12%，不正確的材質(zhì)選擇約7%，安裝不當(dāng)約5%，而1%為產(chǎn)品質(zhì)量事故。此外，從一些期刊發(fā)表的文章來看，少數(shù)廠的筒體運(yùn)轉(zhuǎn)低于15年即報(bào)廢更換，而國外一般在30年以上?！兑?guī)程》詳細(xì)介紹了國內(nèi)的水泥窯用耐火材料施工單位的施工管理經(jīng)驗(yàn)及細(xì)則，只要企業(yè)認(rèn)真按標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，聘用的施工單位結(jié)合工廠原燃料特性和生產(chǎn)工況，合理地配置耐火材料，做好安裝工作，則不正確的材質(zhì)選擇、安裝不當(dāng)在短時(shí)期內(nèi)從13%降至5%以內(nèi)。此外，《規(guī)程》介紹了國內(nèi)的水泥公司在水泥生產(chǎn)過程中對耐火材料的使用操作、水泥廠家結(jié)合企業(yè)使用的原燃料和生產(chǎn)使用裝備情況，以及制定合理的耐火材料使用方案。在生產(chǎn)過程中，盡量做好原材料均勻，操作控制完善，減少不必要的停窯，在3～5年內(nèi)工藝操作不當(dāng)和筒體變形造成的耐火磚損壞之和從37%可能降至20%以內(nèi)。也就是說短期內(nèi)耐火磚的使用壽命可以增加，在3～5年內(nèi)則可增加10%～15%?！兑?guī)程》的實(shí)施及具體措施，必將進(jìn)一步引起水泥和耐火企業(yè)的重視，將有利于降低耐火磚磚耗，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率產(chǎn)量和熟料質(zhì)量，降低熟料生產(chǎn)熱耗，提高生產(chǎn)企業(yè)的效益。

5.2 耐火材料企業(yè)

《規(guī)程》明確水泥窯用耐火材料性能的技術(shù)進(jìn)展?jié)M足水泥窯生產(chǎn)的需求，耐火材料的生產(chǎn)數(shù)量與水泥產(chǎn)量密切關(guān)聯(lián)。未來工業(yè)廢物作水泥代用原燃料的數(shù)量逐年增加，環(huán)保條令逐年嚴(yán)格，水泥窯用耐火材料進(jìn)一步提高抗化學(xué)侵蝕和抗機(jī)械應(yīng)力，才能滿足國內(nèi)外水泥市場的需求，此外一些不符合環(huán)保的產(chǎn)品必將被淘汰?！兑?guī)程》加速這一發(fā)展趨勢，促使耐火材料企業(yè)認(rèn)真思考并采取對策。

長時(shí)期以來，國內(nèi)耐火材料所生產(chǎn)的產(chǎn)品均有基本的物理、化學(xué)性能參數(shù)。這些參數(shù)是滿足耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)，但在生產(chǎn)過程中很難全面解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，為此國外的大型耐火企業(yè)結(jié)合自身的技術(shù)及裝備條件及生產(chǎn)實(shí)際狀況，增加了一些判斷熱、化學(xué)、機(jī)械應(yīng)力的參數(shù)以提高磚的使用周期。《規(guī)程》對耐火磚的物理、化學(xué)性能提出了較高的性能要求，技術(shù)落后的耐火企業(yè)難于生產(chǎn)此類產(chǎn)品，更談不上判斷熱、熱化學(xué)、機(jī)械應(yīng)力的參數(shù)，在競爭過程中必然淘汰?！兑?guī)程》將促進(jìn)耐火材料工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

6 水泥窯用耐火材料未來產(chǎn)能和技術(shù)的發(fā)展特性

6.1 產(chǎn)能需求

我國由于特殊的國情，可能出現(xiàn)國際水泥工業(yè)從未出現(xiàn)的人均水泥消耗量，2013年已達(dá)22.4億水泥。至2012～2015年中的某一年度人均水泥年消費(fèi)量和總產(chǎn)能仍存在增加的可能，直至出現(xiàn)拐點(diǎn)。

在此期間，預(yù)分解窯用耐火襯料所有的品種所需的數(shù)量將隨水泥產(chǎn)能增加而增加，當(dāng)出現(xiàn)拐點(diǎn)后，生產(chǎn)消耗所需的堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)澆注料，仍有較高的需求量，但隨產(chǎn)品性能的優(yōu)化而有所下降。基建材料中的硅酸鈣板，受一定影響，而純基建產(chǎn)品的耐堿磚和耐堿澆注料則影響較大，勢必大幅下降。

若我國水泥年產(chǎn)量估計(jì)為24億t，按年水泥中熟料摻加率60%估算，則年熟料生產(chǎn)量約14.4億t；國際享有盛名的溫斯頓咨詢公司發(fā)表的研究報(bào)告稱，2010年世界堿性磚平均消耗為熟料；按此值計(jì)算，則我國水泥生產(chǎn)堿性磚年消耗約103.5萬t。以后隨著熟料產(chǎn)能下降而逐步下降。特種高鋁磚和耐火澆注料年消耗總量稍低于堿性磚。

上述情況未考慮工業(yè)廢棄物在我國水泥行業(yè)代用燃料的速度。一般說來，工業(yè)廢物含有有害元素化合物較多，使用后堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)澆注料的單位熟料耗用量相應(yīng)增大需求量。另一因素是海外市場新建生產(chǎn)線需要的數(shù)量，隨著市場占有量的增加，則所有品種耐火材料產(chǎn)品所需的數(shù)量也隨之增多。此外，我國耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高，向海外供應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)量也相應(yīng)增加。

6.2 技術(shù)需求

從技術(shù)角度來看，一些工藝、裝備技術(shù)的進(jìn)展將有利于降低耐火襯料的應(yīng)力。均化技術(shù)的提高，減緩入窯生料、燃料的波動，降低襯磚所承受的極端熱、化學(xué)應(yīng)力的作用。機(jī)械制造質(zhì)量的提高、二支承窯、鍵槽輪帶、新結(jié)構(gòu)擋磚圈的應(yīng)用，必將進(jìn)一步降低襯磚所承受的機(jī)械應(yīng)力。另一方面，技術(shù)進(jìn)展又增加了襯料承受的應(yīng)力；熱耗降低及產(chǎn)能增加相應(yīng)增大燒成帶單位面積熱負(fù)荷，增加襯料所承受的熱應(yīng)力。工業(yè)廢物大量用作水泥熟料生產(chǎn)的原燃料，增加了入窯生料、燃料成分的波動和堿、氯、硫等化合物及重金屬的含量，增大了對襯料的熱化學(xué)侵蝕。大型裝備對襯體產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力相應(yīng)增大。上述因素必然增大襯體所承受的熱化學(xué)、熱機(jī)械應(yīng)力，帶來新的技術(shù)需求。上述情況表明，各裝備襯體所承受的應(yīng)力與工藝裝備性能及原燃料性能有著直接的關(guān)系，生產(chǎn)消耗材料中的堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)耐火澆注料以及隔熱材料的技術(shù)需求如下介紹。

6.2.1 回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)所需的產(chǎn)品主要有堿性磚、抗堿侵蝕高鋁磚及高性能耐火澆注料。

（1）堿性磚。要進(jìn)一步加速無鉻化進(jìn)程；優(yōu)化各種產(chǎn)品的阻抗體和改性劑性能，改善孔隙直徑、孔隙率及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上提高耐火度，增強(qiáng)抗化學(xué)侵蝕、抗斷裂韌性以及抗熱震等性能。需發(fā)展如下性能的產(chǎn)品： 增強(qiáng)掛窯皮性能； 增強(qiáng)抗熟料熔體和重硫侵蝕能力； 增強(qiáng)抗還原氣氛和碳侵蝕能力；增強(qiáng)抗重金屬元素化合物侵蝕能力；降低導(dǎo)熱系數(shù)；進(jìn)一步降低產(chǎn)品價(jià)格，提高性價(jià)比。

在上述技術(shù)優(yōu)化的前提下，堿性磚的使用壽命將延長至一年以上，在采用鍵槽輪帶的二支承窯、熱工穩(wěn)定的生產(chǎn)狀況下，使用壽命可能延長至二年以上，磚耗下降至0.3 kg/t熟料以下。

（2）特種高鋁磚。進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，繼續(xù)提高耐火度、抗重堿硫鹽的侵蝕，降低導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)抗斷裂韌性及抗熱震、耐磨蝕等性能。在上述技術(shù)優(yōu)化的前提下，盡可能向窯內(nèi)高溫部位延伸以取代堿性磚，使用壽命有較大延長。

（3）燃燒器、窯口高強(qiáng)耐火澆注料。優(yōu)化產(chǎn)品性能，做好金屬錨固件的設(shè)計(jì)，提高耐火度，增強(qiáng)抗重堿硫化合應(yīng)力及熱機(jī)械應(yīng)力的能力，延長使用周期。

6.2.2 不動裝備

不動裝備工作層所需產(chǎn)品主要有特種高鋁磚，高性能高鋁質(zhì)耐火澆注料、耐堿性、耐堿澆注料，隔熱層主要有隔酸鈣板、耐火纖維板等。

（1）高鋁磚。進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，增強(qiáng)抗堿硫、堿氯化合物侵蝕的能力，繼續(xù)增強(qiáng)抗斷韌性、抗熱震性和抗氧化還原特性以及降低導(dǎo)熱系數(shù)。降低產(chǎn)品價(jià)格，提高性價(jià)比，產(chǎn)品使用壽命在高溫部位延長至3年以上。

（2）特種高鋁質(zhì)耐火澆注料。進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，做好金屬錨固件的配套設(shè)計(jì)，提高耐火度，增強(qiáng)抗堿硫、堿氯化合物侵蝕的能力，提高抗氧化還原應(yīng)力的能力。在提高性能的前提下，爭取在錐體和圓柱體上大量使用，產(chǎn)品使用壽命在高溫部位延長至3年以上。在發(fā)展產(chǎn)品性能的前提下，發(fā)展預(yù)制件產(chǎn)品。

（3）耐堿磚、耐堿澆注料?？箟A性能及耐火度進(jìn)一步提高，使用壽命進(jìn)一步延長。

（4）硅酸鈣板。工作溫度有待提高，導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步降低，產(chǎn)品強(qiáng)度有待增加。

7 結(jié)束語

《水泥窯用耐火材料使用規(guī)程》是我國水泥工業(yè)發(fā)展至今建材行業(yè)部指導(dǎo)水泥窯用耐火材料應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)?！兑?guī)程》體現(xiàn)了水泥窯用耐火材料從設(shè)計(jì)到使用的成果和經(jīng)驗(yàn)；《規(guī)程》參照國際水平并結(jié)合目前國內(nèi)行業(yè)的現(xiàn)狀，對耐火材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用提出了適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)要求，對現(xiàn)階段企業(yè)如何優(yōu)化產(chǎn)品、提高質(zhì)量、科學(xué)選材配套、應(yīng)對節(jié)能環(huán)保等相應(yīng)產(chǎn)業(yè)政策、走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要的指導(dǎo)性；對實(shí)現(xiàn)建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃中提出的預(yù)分解窯水泥工藝技術(shù)標(biāo)志性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到有力的支撐。

市場上各式各樣的高鋁耐火材料種類眾多，更是能讓客戶挑花了眼，產(chǎn)品的多樣性給客戶帶來更多的選擇機(jī)會的同時(shí)，也給用戶造成了一定的不便，作為耐火材料廠家，榮盛耐材建議用戶在選購過程中讓企業(yè)出具相關(guān)的證明和質(zhì)量，能夠?qū)嵉乜疾?，對于企業(yè)實(shí)力有更加直觀的認(rèn)識。