王健
鞍山市奥鞍耐火材料有限责任公司 辽宁鞍山114000
摘要：随着水泥工业的快速发展，水泥窑用耐火材料也取得了长足的进步，耐火材料技术水平有了显著的变化和提升，各种新产品新技术都得到了应用，并取得了良好的使用效果。据不完全统计，我国新型干法水泥窑吨熟料耐火材料消耗从过去的0.8kg降到目前的0.4kg以下，耐火材料的使用寿命有了显著的提高。基于此，本文主要对新型干法水泥窑用耐火材料的现状与发展进行分析探讨。
关键词：新型干法水泥窑；耐火材料；现状；发展
1、前言
耐火材料作为高温工业窑炉的基础材料，主要用于钢铁冶金、建材、化工、电力、有色金属和轻工业行业。其中钢铁冶金消耗占耐火材料总量的60%以上，而以水泥为主的建材行业仅次于钢铁冶金，其消耗约占耐火材料的20%。因此，在工业产业结构调整，淘汰落后产能保护环境进程中，把握水泥工业发展动态，研制生产适应新型干法水泥窑用的耐火材料，以延长水泥窑的使用周期，对耐火材料和水泥从业人员都有重要意义。
2、新型干法水泥窑用耐火材料发展现状
2.1水泥回转窑用定型耐火制品发展现状
2.1.1无铬碱性砖的技术发展
为了减少铬污染，发展环境友好的绿色耐火材料，国内耐火材料厂家都在进行积极探索，努力推动水泥窑耐火材料的无铬化进程，部分产品已进入推广应用阶段，并取得了一定的使用效果。
（1）镁铁铝尖晶石砖
由于其低廉的价格和良好的挂窑皮性能，如今已在窑内气氛稳定的水泥回转窑烧成带得到了广泛的推广应用。镁铁尖晶石砖能与水泥熟料反应形成CaO-Al2O3-Fe2O3系化合物，Fe2O3成分扩散，进一步扩大反应部位，使窑皮稳定。由于Fe2O3的作用，砖的结合组织发达，提高了砖的抗剥落性和挂窑皮附着性。但其耐高温性能、抗侵蚀性和抗氧化还原性能不佳，制约了镁铁尖晶石砖的进一步应用。
（2）镁铝尖晶石砖，由于其良好的高温机械强度和良好的抗热震稳定性，如今已在水泥回转窑上、下过渡带得到了广泛的推广应用。其挂窑皮性不理想，因此不适用在回转窑烧成带。
（3）镁钙锆砖
镁钙锆砖，就是把一定量的预合成锆酸钙加入到配料中，形成镁钙锆砖制品。锆酸一钙在1500℃时不会与尖晶石起化学反应，它作为非活性化合物存在于界面上，阻止水泥熟料中各化学成分向耐火材料内部渗透，提高砖的耐化学侵蚀性。ZrO2在1200℃时，极易与水泥熟料中的化合物起反应，形成高熔点化合物锆酸一钙，并形成CaO·ZrO2、CaSi2O5(硅钙石)、Ca3MgSi2O8(镁硅钙石)，因而具有优良的挂窑皮性能，且具有良好的抗侵蚀性能，能有效抵抗窑内气氛的变化，目前已在新型干法水泥窑烧成带使用，效果良好，具有良好的推广应用前景。
2.1.2高铝砖的技术发展
硅莫砖是在传统高铝砖的基础上通过浸渗碳化硅的技术改进而成，是以莫来石和碳化硅（SiC）为主要矿物组成的烧成砖，与传统高铝砖相比，高强耐磨抗震稳定性好，既有莫来石的抗高温性能，又具备碳化硅的耐磨耐腐蚀的优点。碳化硅的引入能在制品表面形成保护膜，提高制品的耐碱性能，且能有效阻止碳化硅的进一步氧化。碳化硅与高铝矾土熟料在高温下生成莫来石(3Al2O3.2SiO2)，能提高制品致密度和强度，改善制品的热震稳定性、耐磨性、抗侵蚀性。硅莫砖在水泥回转窑的分解带和安全带上逐步代替原来配置的抗剥落高铝砖及磷酸盐结合高铝砖等传统产品，并取得良好的使用效果。
为提高硅莫砖的使用性能，耐火科研技术人员对硅莫砖进行改进和提高，在硅莫砖中加入红柱石、硅线石、蓝晶石，利用其在高温下的膨胀性提高制品的抗蠕变性和高温强度，而且能提高抗热震稳定性。在硅莫砖中添加红柱石而制成的硅莫红砖，以其比硅莫砖更加优良的耐磨性能和抗热震稳定性而在水泥窑上取得了良好的使用效果。
2.2不定形耐火材料技术发展状况
2.2.1关键部位耐火浇注料的技术发展现状
窑口浇注料由传统的高铝高强浇注料发展为以添加超微粉和高效减水剂为特征的高性能低水泥浇注料。在配方体系上也有了很大的变化，逐渐由传统的高铝质浇注料演变为红柱石基低膨胀浇注料、刚玉-碳化硅浇注料以及采用复合骨料的刚玉-莫来石高强低水泥浇注料。膨胀系数的降低，有利于减小材料高温下的内应力，提高材料的抗热震性和体积稳定性；超微粉等新配方技术的采用以及各种添加剂的加入，大大提高了浇注料的整体使用性能，使窑口浇注料的使用寿命由之前的4～6个月提高到10个月以上，甚至1年半以上，达到了国外同类产品的先进水平。
2.2.2耐火浇注料的预制化进展
不定形耐火材料发展的另一个方向是预制化，将各个异形部位在工厂预浇注成型、烘干等，然后运到现场安装，这种方法能避免现场浇注低水泥浇注料在烘烤过程中容易爆裂等问题，大幅降低因施工不规范造成的质量问题，有效提高耐火材料的使用寿命，节省施工时间。目前，一些水泥厂在篦冷机喉部、三次风管闸阀、篦冷机矮墙等部位选择预制件替代传统浇注料，取得了理想的使用效果。预制件由于其自身的优点，尤其是维修时的方便快捷、免烘烤和良好使用效果，必会作为一种独特的解决方案而得到广泛的推广和应用。
2.2.3不定形耐火材料施工工艺技术的发展
与传统施工方法相比，喷涂施工（干式喷涂、湿法喷涂）机械化程度高，施工效率高，能有效节约施工时间，为水泥企业创造显著的综合效益。喷涂施工质量较高，能有效避免人为因素对施工造成的影响，保证整个工程的施工质量，提高耐火材料的使用寿命。
3、水泥窑用耐火材料展望
水泥窑用耐火材料的工艺和技术都取得了巨大的进展，无论是回转窑烧成带、过渡带衬砖的无铬化、水泥窑重点部位耐火材料的配方体系和技术，还是新的施工工艺以及浇注料的预制化都取得了可喜的成果，极大提高了水泥窑耐火材料的整体使用寿命，为水泥窑的长周期和高运转率做出了贡献。随着经济结构进一步加快调整，水泥行业增速放缓，水泥企业的发展与运营步入理性、追求科学，对耐火服务的要求更加高标准、系统化，水泥与水泥耐火材料在新时期将迎来价值创造的时代。
3.1水泥窑衬砖的无铬化展望
水泥窑的无铬化虽然取得了可喜的成果，但仍存在一定的不足。镁铁尖晶石砖虽然已经成功推广应用，并取得了一定的效果，但由于其自身的缺陷，对窑内环境和气氛稳定的窑况适应性良好，而在窑况复杂、窑内气氛不稳定、协同处置城市垃圾的窑上使用情况还有较大的不足。镁钙锆砖对环境的适应性好，但其挂窑皮性能仍有待提高，加上其高昂的成本，制约了其推广应用。
改性镁铝尖晶石砖将可能是今后发展的方向。氧化铝在制品烧结过程中与氧化镁反应生成镁铝尖晶石，能大大提高耐火砖的热震稳定性；同时引入的改性添加剂在高温时极易与水泥熟料中的化合物起反应，形成高熔点化合物，一方面能提高耐火砖的挂窑皮性能，同时也可提高砖的抗水泥熟料侵蚀性能，有望在新型干法水泥窑烧成带取得良好的使用效果。
3.2塑性相结合硅莫砖
在硅莫砖中添加一定量的添加剂而开发出了塑性相结合硅莫砖，塑性相可显著提高材料的抗氧化性和耐碱性能，使材料在高温下具有一定的自修复功能，明显改善了材料高温下的组织结构，大大提高了材料的高温抗折强度和耐磨性能，且有效降低了硅莫砖的导热系数，有望成为硅莫砖的替代产品在水泥窑上得到广泛的推广应用。此外，在硅莫砖中适量引入锆英砂，在高温烧制中，利用ZrO2的晶型转化产生的微膨胀而在刚玉、莫来石晶体间产生微裂纹，吸收热应力，起到微裂纹增韧的作用，提高了制品的抗热震稳定性，在使用中不易产生剥落和掉片，还能提高抗侵蚀能力，从而进一步提高使用寿命。
4、结语
在我国为水泥行业制造耐火材料的企业众多，而这些企业大多生产工艺落后，制造设备简陋，不能很好地利用理论指导实践。为了提高耐火材料的生产水平，我国耐火材料企业必须加快技术进步，更多地采用全自动配料系统、全自动液压压砖机、电动程控压力机和燃气超高温隧道窑等先进装备。
参考文献：
[1]章运道.套筒石灰窑用铝镁尖晶石砖的研制和应用[J]耐火材料，2007，41(5):362-365
[2]王杰曾.耐火材料先进制造技术[J]耐火材料，2008，42(2):151-155