王桂鹏 张贺
鞍山市奥鞍耐火材料有限责任公司 辽宁鞍山114000
摘要：目前，我国耐火材料4000t/d以下新型干法水泥生产线基本能够满足使用要求，但大型回转窑使用条件苛刻的部位的耐火材料制品仍无法与国际知名品牌抗衡。无铬碱性长寿制品应用刚刚起步。随着水泥工业干法窑外分解技术的发展，窑尾废气温度提高至1200℃以上，转速从3r/min提高到4r/min，窑的长度缩短，长径比由15降至10～11， 8000t/d以上的大型窑的出现及越来越多地使用废气燃料资源，将对关键部耐火材料提出更高的要求，而环保意识的增强，无铬碱性砖代替镁铬砖的呼声越来越高，实现水泥窑用耐火材料无铬化的进程正在加快，绿色无污染、长寿的耐火材料仍将需我们研究开发，以适应水泥窑大型化发展的要求。
关键词：水泥窑；耐火材料；研究进展
我国在水泥窑用耐火材料的研发上已经取得了一定的成绩，但是随着水泥工业新技术的不断涌现，这就需要耐火材料也要随之发展，来适应新的工作环境。例如：近年来新出现的替代燃料技术，即把一些工业废料作为燃料使用或者利用余热技术等，水泥工业使用这种替代燃料不但节约了资源，而且还保护了环境。但同时这些替代燃料的使用也会使水泥窑内碱、氯、硫等含量增加，加剧了对耐火材料的损毁。因此这就需要耐火材料行业与时俱进，与新技术配套使用的耐火材料的研制工作显得极为重要。
1 水泥工业的发展及其对耐火材料的要求
1978年全国水泥产量为0.7亿吨；1988年水泥产量2.1亿吨；1998年，水泥产量5.4亿吨；2008年产量14.2亿吨；2014年产量达到24.8亿吨，但2015年产量下滑到23.5亿吨。我国水泥产量已进人平台期。2013年后水泥产量增速减缓，2014年水泥产量达到峰值，2015年水泥产量较2014年降低了1.3亿吨，同比增幅为-5.2%。由于房价的暴涨，大量资金涌入建材行业，水泥产能快速膨胀；另一方面房地产库存增加，水泥的需求减少。因此，水泥产能严重过剩，水泥产量持续减少，水泥售价不断走低，很多水泥企业处于困难状态。
能源开支占水泥成本组成高达70%。因此，节能对水泥企业意义重大。中国建材联合会提出要发展第二代新型干法水泥生产技术，其主要指标为：吨熟料热耗2717 kJ/kg、吨水泥电耗80 kWh/t(P.042.5水泥)、吨水泥废物替代量500 kg/t、废弃物燃料替代率30%。可见，水泥技术进步的方向是降低热耗、电耗，使用替代燃料和协同处理垃圾。为达到上述目标，就要使用先进的耐火材料。尽管耐火材料的费用仅占水泥成本的1％左右，但耐火材料对水泥企业效益的影响甚大。耐火材料微小的损坏都可能引起水泥窑的停产，影响窑的运转率、产量、质量和消耗。即便没有发生计划外的停窑，水泥企业也要求耐火材料长寿耐久、易修易用、隔热节能和环境友好。因此，要精心进行耐火材料的设计、制造、施工和维护。
2 水泥窑用耐火材料的研究进展
随着国家对工业创新的重视程度的不断加大，水泥窑耐火材料的工艺水平与技术不断提高，无铬化的衬砖工艺理念与耐火砖在水泥窑重点部位的构成技术都取得了较为明显的进步。通过对浇注料进行预制化的处理，水泥窑的耐火材料使用性能大大提高，进而实现水泥窑的使用寿命与运转效率的大幅进步。虽然水泥工业的发展速度在经济结构的调整下逐步降低，但是通过对科学技术的不懈追求与对新型材料的深入探究，水泥窑耐火材料性能的提高能够使新时期水泥发展更加符合新时代高质量产业的发展目标，促进水泥工业整体的质量进步，为新时代带来创新价值。
2.1改良型硅莫砖
近年来，硅莫复合砖是作为新型双层复合耐火砖逐渐被应用于水泥窑耐热材料中。硅莫砖通过高压成型和特殊的烧成工艺而制得，耐磨性能强、抗侵蚀能力高等特点是硅莫砖的重要特性，其显著的低导热性成为了理想的过渡带内衬材料。然而，随着现代化生产的要求不断提高，传统硅莫砖逐渐暴露出了许多缺点，例如在长时间的高温生产环境下，硅莫砖在高温抗折强度和耐磨性能方面并不具备核心优势。因此，硅莫砖的改良需要以改善窑砖在高温下的强度表现为主要目的。随着技术的进步与创新，通过向砖中加入能形成塑性相的添加剂，以达到衬砖在高温下的稳定表现，成为硅莫砖的发展新方向。塑性相与硅莫砖原料的结合能够改变高温下衬砖的结构组成,使衬砖的抗氧化性得到大大提高,衬砖材料在高温下能够实现导热系数的降低与可修复性的增强[3]。在上述基础上，通过将锆英砂等原料的加入，在硅莫砖的烧制流程中形成微裂纹，水泥生产中的高温步骤所产生的热应力能够被微裂纹吸收，提高水泥窑的抗热震性，大大提高了水泥窑的使用寿命。同时，在水泥窑的生产过程中，过渡带作为水泥窑中最为薄弱的方面，高热环境带来的自身的损耗最为严重，由于过渡带的衬砖缺少窑皮的隔热保护，过渡带超温现象在日常生产中较为常见。因此，过渡带的衬砖需要具备高强度与低导热性的重要特征，改良型硅莫砖能够灵活应用到回转窑的过渡带，使水泥窑内衬更加安全可靠。
2.2改进的无铬化镁铝晶石砖
水泥窑的无铬化砖能够使水泥窑窑砖的材质更加环保，能提高水泥窑内衬在高温状态下的稳定性。在传统的水泥窑生产中，镁铁尖晶石砖常被应用于回转窑烧成带，其能够在窑内环境较为良好的基础上展现挂窑皮稳定性与耐高温性，而其在水泥窑的窑内环境较为混乱、水泥窑用途不唯一的情况下较难提供高效的耐热表现。镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震稳定性及高温机械强度，可稳定用在过渡带，但其在烧成带挂窑皮性不理想，不如镁铬砖和镁铁尖晶石砖。在高碱性的水泥生产过程中，通过氧化锆的引入，使其能够在烧制中因高温与水泥原料反应，进而生成锆酸钙使耐火砖的挂窑皮性能与耐腐蚀度显著提高。
2.3 陶瓷纤维板的应用
随着中国科学技术的蓬勃发展，高分子纤维在工业生产中的作用逐渐被人们所发现。在水泥工业的生产中，通过将陶瓷纤维、有机试剂与相关配料进行调配、加工而成的陶瓷纤维板能够有效解决水泥窑因高温收缩而导致的裂痕问题与窑内壁的老化问题。在陶瓷纤维的烧制过程中，陶瓷纤维板中的有机溶剂能够使纤维塑形更为迅速，确保陶瓷纤维密度的有效填充与压合，使制成的陶瓷纤维板能够具有良好的延展性与耐热性。陶瓷纤维在高温下能够体现其结构的优势，常规材料遇高温的膨胀现象在纤维材料的测试组中并不明显，纤维收缩不易产生裂痕。同时，由于纤维板板面具有致密保护层，生产水泥过程中由于高温产生的烟尘较难沉积，导热性能大大提高，材料表面因长时间积灰而导致的温度过高的问题得以解决，材料寿命大大增加。
综上所述，耐火材料技术的不断更新会为水泥工业的发展打下坚实的基础，二者相辅相成，共同发展。
参考文献：
[1]新形势下水泥窑用耐火材料的研究与开发进展 [J]. 王杰曾,袁林. 硅酸盐通报. 2016(10)
[2]水泥窑用耐火材料的发展 [J]. 刘长霄. 居舍. 2018(25)
[3]水泥窑用节能耐火材料的研究进展 [J]. 赵瑞. 水泥工程. 2016(06)
[4]系统分析水泥窑耐火材料 [J]. 华占刚. 四川水泥. 2018(05)