新型干法水泥窯耐火材料使用部位較多，其中靜止設備的材料約占總量的70%～80%。不同規格的水泥窯及系統的不同使用部位，對耐火材料都有不同的要求，設計配套時必須選用與其相適應的品種；同時各生產廠家所用的原燃材料品質、設備狀況、操作控制習慣等方面的差異，客觀上對耐火材料的要求也略有不同。本文主要闡述不定形耐火材料在水泥窯上的配置狀況。
　　1.回轉窯

　　回轉窯用耐火澆注料，尤其是前窯口的耐火材料在使用過程中，除了要承受1400℃以上高溫外，還要受到機械應力、熱應力和化學侵蝕的破壞，因此前窯口耐火澆注料的使用壽命對整條水泥生產線的運轉周期有著至關重要的影響。

　　①回轉窯作為動態設備，在運行使用過程中，前窯口的耐火澆注料承受著兩種機械應力：一是窯的徑向剪切應力，二是沿窯筒體方向的軸向擠壓應力。徑向剪切應力主要來源于回轉窯運行中產生的機械變形，隨著窯徑加大，窯速加快，前窯口周期性的受壓和松壓作用加劇，耐火澆注料承受的徑向剪切應力的破壞也更大。前窯口的軸向擠壓應力產生的主要原因是因窯筒體與水平線成3.5%～4%的傾斜，窯內物料在窯運轉時從窯尾向窯頭方向運動，前窯口澆注料在運動物料的推力，及窯內耐火磚的軸向分力的共同作用下，有往窯頭方向移動的趨勢。在這兩種機械應力的作用下，對前窯口澆注料要求有足夠的機械強度。

　　②數據表明，回轉窯運行過程中前窯口熟料出口溫度達到1400℃，入窯二次空氣溫度達1200℃，在窯體運轉過程中，窯皮時掛時落，溫度變化頻繁，由此產生的熱應力是前窯口澆注料損壞的主要原因之一。隨著水泥工業大型化的發展趨勢，窯徑也不斷增大，窯口的出料量也在增加，這不僅使機械應力變大，窯內的熱力強度也要大幅度提高，澆注料單位面積所受的熱負荷也相應增大，熱應力的破壞作用更加明顯。在這種情況下，前窯口澆注料應該具有更好的熱震穩定性。

　　③化學侵蝕是水泥窯用耐火材料損壞的主要原因之一，由于每個地區的石灰石品位，采用燃料的品質不同，窯內堿、氯、硫等有害成分的含量也不一樣，生礦石和原燃料中的有害成分在高溫下揮發，這些堿性氣體隨著生料一起進入窯內，在窯內1350℃～1450℃環境溫度下，窯料中的有害成分和堿性氣體與前窯口澆注料產生強烈的化學侵蝕作用，形成膨脹性礦物使其開裂剝落，發生“堿裂”破壞。因此，前窯口澆注料應該具有良好的耐堿性。

　　綜上所述，前窯口澆注料在高溫環境下應該具備足夠的耐火度、機械強度、熱震穩定性和耐堿性。前窯口澆注料在水泥窯用耐火材料中一直是關鍵，隨著水泥工業技術的發展，水泥窯的規模逐漸增大，前窯口澆注料也經歷了高鋁質、剛玉質、莫玉石質耐火澆注料的發展。我公司的HR-PA80DT剛玉-莫來石窯口專用澆注料，最早使用在2001年投建的浙江桐星集團水泥有限公司2500t/d水泥生產線上，使用周期8～10個月以上，后來廣泛推薦使用于2500t/d、5000t/d以上規模的新型干法水泥生產線。根據新型干法水泥生產線的實際工況，對前窯口耐火材料提出了新的標準，我們研發了HR-75MDT剛玉-莫來石窯口專用澆注料，使用周期達到10～12個月，滿足了客戶的使用要求；對于5000t/d水泥生產線設備的建設，耐火材料的發展又是一個新的挑戰。針對5000t/d水泥生產線的具體工況，我們又研發了HR-75MDTF剛玉-莫來石鋼纖維高強窯口專用澆注料，在兼顧HR-PA80DT、HR-75MDT性能的基礎上，提高了材料的機械強度和熱震穩定性。

　　2.燃燒器(噴煤管)

　　燃燒器的工作環境在1400℃左右，其火焰溫度在2000℃左右，長時間在堿性氣氛中工作，相比前窯口溫度變化更加頻繁、溫差更大，因此對其熱震性要求更高。燃燒器前端在窯內始終受到氣流的沖刷，尤其是下部受到的沖刷更嚴重，而且該氣流夾著窯內的熟料粉塵，燃燒器耐火澆注料需要足夠的耐磨性。鑒于上述兩點，燃燒器澆注料的性能要求比前窯口澆注料要求更高，根據新型干法水泥生產線設備的使用工況，對應前窯口澆注料，我們研制了HR-75MET、HR-75MEF和HR-PA80ET噴煤管專用料，使用周期達到5～8個月。

　　3.窯頭罩、篦冷機

　　窯頭罩和篦冷機屬于靜止設備，受到的機械應力損壞比較小，工作溫度總體比回轉窯內溫度要低，對耐火澆注料的要求相對要低一點。

　　有幾個特殊部位需要提出：一是窯頭罩下部耐火澆注料受到窯口下來的高溫熟料反彈熱沖擊，對于一些大型水泥窯，日產熟料量大，此處所受熱負荷比較高，一般的高鋁質耐火澆注料如果養護升溫控制不好，容易發生爆裂掉塊。窯頭罩頂部靠近3次風管處，粉塵氣流沖刷相對比較嚴重，澆注料在高溫下的耐磨性要好，頂部澆注料的施工比較困難，對材料的流動性和早期強度要求比較高。二是篦冷機前端頂部不僅受到熟料的反彈熱沖擊，工作溫度相對較高、變化較大。前端兩側矮墻長期通過窯口下來的高溫熟料，受到一定的機械應力和熱應力的損壞。三是3次分管的拐彎處，在粉塵氣流的沖刷下也比較容易磨損。

　　上述部位耐火澆注料的使用應根據各自工況需要合理選擇，具有早強防爆性能的HR-DFB1、耐磨性更高的HR-DFB，及熱震性更佳的HR-M66莫來石耐火澆注料，都是比較合適的材料，其他部位設計的時候，采用一般的高鋁質耐火澆注料就能滿足使用的要求。

　　4.預分解系統

　　原始生料在預熱器中逐級升溫，生料中堿、氯、硫等有害成分的不斷揮發、凝聚，反復循環而不斷富集，對耐火澆注料產生強烈的化學侵蝕，發生“堿裂”破壞，所以設計時此部位采用高強耐堿澆注料。與原始生料相比，最熱級旋風筒的熟料中堿、氯、硫的富集濃度，分別達到5倍、80～100倍、3～5倍之多。在水泥生產過程中，窯尾預分解系統經常會遇到結皮堵塞的情況，預分解系統易結皮堵塞的部位主要有，上升煙道至C5風管水平段，C5膨脹節及下料管，堵塞物主要是高溫黏結的物料；窯尾煙室縮口和下料斜坡，堵塞物主要是結皮物料，質硬、堿含量高；C5-C4風管水平段，堵塞物主要是生料沉積物，粉料多、易清理；分解爐錐部，堵塞物主要是煤灰高溫熔融物。某水泥企業通過對結皮堵塞物及窯灰的化學分析結果是，氯含量較高是預分解系統頻繁結皮堵塞的根本原因，這在一定程度上與水泥企業采用的石灰石的品位及原料、燃料的品質有關。

　　根據這一工況要求，我公司研制了HR-50S和HR-60S抗結皮澆注料，其中的主要原料碳化硅不僅具有非常好的抗化學侵蝕性能，而且在高溫下發生氧化反應，在材料表面產生SiO2玻璃狀光滑物質層，更加有效地阻止了有害氣體對耐火澆注料的化學侵蝕，此外碳化硅具有很強的耐磨性，在下料管等部位可以滿足大量生料的沖刷要求。【作者】：姚建名