馮運(yùn)生：新型干法水泥窯襯里耐火技術(shù)應(yīng)用與展望

　　“十一五”期間，我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展迅猛，特別是2010年，新型干法水泥比重達(dá)到80%，超額完成了水泥產(chǎn)業(yè)“十一五”規(guī)劃確立的70%的目標(biāo)。大型新型干法水泥窯的推廣也帶動(dòng)和促進(jìn)了新一代襯里耐火技術(shù)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥工業(yè)所消耗的耐火材料占耐火材料總量的10%以上，隨著水泥工業(yè)的長(zhǎng)足穩(wěn)健發(fā)展，對(duì)耐火材料的需求不僅在數(shù)量上有持續(xù)的提高，技術(shù)上也提出了更高的要求，而且伴隨水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整及國(guó)家政策對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，傳統(tǒng)的水泥窯襯里耐火技術(shù)已逐漸被環(huán)保節(jié)能、性能穩(wěn)定、功能化、工程化的新一代耐火技術(shù)所取代。目前，我國(guó)大型新型干法水泥窯襯里耐火技術(shù)已形成較為系統(tǒng)、品類齊全的產(chǎn)品配套方案和施工技術(shù)。

　　當(dāng)前我國(guó)新型干法水泥窯對(duì)襯里耐火技術(shù)的要求

　　新型干法水泥窯的技術(shù)進(jìn)步和大型化發(fā)展，使得水泥窯運(yùn)行窯溫升高、轉(zhuǎn)速加快、窯系統(tǒng)更復(fù)雜，同時(shí)燃料、原料種類和組成多樣化也給耐火材料提出了新的挑戰(zhàn)，對(duì)耐火技術(shù)提出了新的要求。

　　合理的價(jià)位。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每生產(chǎn)1噸熟料所消耗的耐火材料遠(yuǎn)大于歐美國(guó)家水平，因此對(duì)于我國(guó)水泥工業(yè)而言，要求在條件苛刻、溫度較高、環(huán)境惡劣的部位使用價(jià)格相對(duì)較高的耐火材料，中低溫部位、受堿氯硫影響較小，對(duì)抗熱震、耐磨要求不高的部位使用價(jià)格相對(duì)低廉的耐火材料，因地制宜，在保證正常使用下最大限度的減少耐火材料的成本，無(wú)疑是水泥工業(yè)生產(chǎn)要求的方向。

　　合理的使用壽命。耐火材料的使用壽命影響因素較多，包括在運(yùn)行中高溫下的熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、熱化學(xué)侵蝕/腐蝕、周期溫度變化等，也包括正?；蚍钦Ｍ８G、維修帶來(lái)的熱震影響、機(jī)械破壞等，因此，要求耐火材料一方面能達(dá)到一個(gè)或數(shù)個(gè)維修周期，另一方面也要求和維修周期相匹配，最好能夠通過(guò)控制耐火技術(shù)的穩(wěn)定性達(dá)到控制維修頻率的目的。

　　環(huán)境友好。隨著“十二五”節(jié)能減排力度的加大，水泥工業(yè)一方面要達(dá)產(chǎn)保持運(yùn)轉(zhuǎn)率，另一方面要達(dá)標(biāo)完成節(jié)能減排任務(wù)。這也要求新一代耐火隔熱材料減少熱量散失，提高長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行率，為水泥工業(yè)節(jié)能減排降耗提供支持。

　　施工及時(shí)便捷。由于未來(lái)新建水泥項(xiàng)目大幅放緩，因此耐火材料基本用于水泥窯的大修和維護(hù)。這就需要耐火材料企業(yè)在產(chǎn)品及施工技術(shù)上事先做好充足的準(zhǔn)備，做到一旦施工，必須反應(yīng)及時(shí)，服務(wù)快捷。

　　較強(qiáng)的適應(yīng)性。利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術(shù)對(duì)耐火材料提出了新的挑戰(zhàn)，要求新一代耐火材料不僅能夠滿足生產(chǎn)熟料的要求，同時(shí)還必須滿足環(huán)境苛刻的廢棄物焚燒的要求。

　　新一代大型干法水泥窯耐火技術(shù)展望

　　為滿足大型干法水泥窯未來(lái)發(fā)展的需求，與水泥工業(yè)協(xié)同發(fā)展，我國(guó)耐火材料企業(yè)必須立足當(dāng)前，潛心研究，開(kāi)拓新一代的大型干法水泥窯耐火技術(shù)，筆者認(rèn)為具體可從以下幾個(gè)方面深入研究。

　　一是推進(jìn)無(wú)鉻化，大力發(fā)展新型綠色環(huán)保耐火材料。目前歐美等國(guó)家已經(jīng)對(duì)含鉻原料進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，且世界上高品位鉻礦越來(lái)越少，進(jìn)一步促進(jìn)了開(kāi)發(fā)能夠取代鎂鉻磚耐火材料的其他耐火材料。就當(dāng)前研究來(lái)看，取得較好使用效果的為鎂鈣鋯質(zhì)和改進(jìn)尖晶石質(zhì)耐火材料，體現(xiàn)了水泥窯耐火材料的發(fā)展方向。

　　鎂鈣鋯質(zhì)耐火材料。我國(guó)白云石資源豐富、CaO含量較高，通過(guò)不同方式引入ZrO2后，能夠很大程度上提高產(chǎn)品的高溫性能和抗水化性能，生產(chǎn)的鎂鈣鋯磚具有較同類耐火制品更為優(yōu)異的掛窯皮性能。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，通達(dá)耐火生產(chǎn)的鎂鈣鋯磚在多條大型水泥窯上均取得了良好的效果，壽命周期達(dá)到并超過(guò)鎂鉻磚。目前，生產(chǎn)鎂鈣鋯質(zhì)耐火材料普遍生產(chǎn)成本較高、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，所以今后的努力方向當(dāng)立足于降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期。

　　改進(jìn)尖晶石質(zhì)耐火材料。改進(jìn)尖晶石磚是上世紀(jì)末出現(xiàn)的新品種，是由特殊彈性制造技術(shù)和二價(jià)鐵尖晶石制備，產(chǎn)品機(jī)械和熱化學(xué)性能較白云石磚、鎂鉻磚有明顯改善。目前這種產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)一些回轉(zhuǎn)窯的燒成帶和上過(guò)渡帶應(yīng)用，但因我國(guó)水泥窯停窯頻率較高，此產(chǎn)品還需改善抗熱震性，降低停窯帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

　　二是研制高檔次高效節(jié)能隔熱保溫材料。不定形耐火材料由于不需成型和燒成，是耐火材料發(fā)展的重要板塊。我國(guó)不定形耐火材料技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)研究和應(yīng)用研究水平不斷提高，國(guó)產(chǎn)不定形耐火材料的使用性能基本可以滿足國(guó)內(nèi)高溫工業(yè)技術(shù)需要。但是，隨著高溫工業(yè)的發(fā)展，特別是國(guó)家對(duì)高溫工業(yè)的能源節(jié)約要求，不定形耐火材料的節(jié)能化仍然是一項(xiàng)重要的任務(wù)。合理利用各種材質(zhì)及顯微結(jié)構(gòu)的隔熱保溫耐火材料乃為減少爐壁外表面散熱損失的最佳選擇。

　　水泥工業(yè)能耗大，如果能夠顯著減少熱量散失，可有效的降低能耗，減少燃燒廢氣的排放，因此高效節(jié)能隔熱保溫材料也是未來(lái)耐火技術(shù)的發(fā)展方向之一。通達(dá)耐火研制的輕質(zhì)耐堿耐火澆注料GL-11N，具有良好的保溫隔熱性能，使用在1～4級(jí)預(yù)熱器，實(shí)現(xiàn)有效地降低生產(chǎn)的能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，減少碳排放。通達(dá)耐火還在高強(qiáng)低導(dǎo)耐火材料方面開(kāi)展了大量的研究工作，并取得了良好的使用效果。

　　三是開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的高端均質(zhì)耐火材料。我國(guó)有豐富的耐火原料資源，特別是高鋁礬土、菱鎂礦和石墨堪稱耐火原料三大支柱。長(zhǎng)期以來(lái)，為了提高耐火材料的抗渣侵蝕性能，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命，原料多經(jīng)煅燒或熔融而成致密的顆粒料，粉料再經(jīng)過(guò)粉磨得到，因此，耐火材料的抗渣侵蝕性能得到增強(qiáng)，但因?yàn)闊釋?dǎo)率增大而能耗也相應(yīng)加大。熔融生產(chǎn)過(guò)程中消耗電能大、污染嚴(yán)重，不符合國(guó)家資源節(jié)約、環(huán)境友好的發(fā)展方向。與此同時(shí)，我國(guó)耐火原料由于礦床構(gòu)造不同所導(dǎo)致的組成變化較大和受最大利潤(rùn)的驅(qū)動(dòng)，采富棄貧，采易棄難，以及采剝失調(diào)，不僅資源遭到不同程度的浪費(fèi)，環(huán)境失治現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重。

　　傳統(tǒng)高鋁耐火澆注料大都以天然礦物熟料或生料為原料，化學(xué)組成不穩(wěn)定，質(zhì)量波動(dòng)時(shí)有發(fā)生，從而給水泥企業(yè)用戶帶來(lái)一定影響。要從根本上解決此類問(wèn)題，最有效的方法首先是從原料著手，通過(guò)配料合成，使得原料化學(xué)成分均一，并通過(guò)超高溫的溫差波動(dòng)小于5度的自控窯爐燒成，實(shí)現(xiàn)礦物組成穩(wěn)定，也即通過(guò)控制原料確保產(chǎn)品的均質(zhì)性和穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)耐火材料產(chǎn)品的長(zhǎng)壽命化。為此，通達(dá)耐火領(lǐng)行業(yè)之先在山西陽(yáng)泉建立均質(zhì)原料示范基地，采用自主創(chuàng)新技術(shù)和國(guó)際高端裝備進(jìn)行礬土基均質(zhì)耐火原料的生產(chǎn)，從而保證原料和制品的均質(zhì)穩(wěn)定。目前均質(zhì)耐火原料已進(jìn)入生產(chǎn)階段，所產(chǎn)鋁硅質(zhì)均質(zhì)料組成穩(wěn)定，莫來(lái)石含量高，氣孔率小，開(kāi)始應(yīng)用于水泥窯用耐火澆注料中，實(shí)測(cè)各項(xiàng)性能及穩(wěn)定性優(yōu)于天然原料產(chǎn)品，在多家水泥企業(yè)裝備上使用效果優(yōu)異，推廣應(yīng)用前景極為廣闊。

　　值得注意的是，為滿足大型干法水泥窯適應(yīng)焚燒垃圾需要，耐火材料在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，不僅能夠在堿性氣氛下使用，在中性、酸性，甚至在有腐蝕性液體存在下也能適用。隨著回轉(zhuǎn)窯焚燒垃圾技術(shù)的不斷發(fā)展，這將是未來(lái)耐火材料技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。通達(dá)耐火多年前即對(duì)該類典型產(chǎn)品開(kāi)展深入研究，為國(guó)內(nèi)數(shù)條大型多功能干法水泥窯提供耐火材料，成功實(shí)現(xiàn)了耐火材料使用壽命在焚燒垃圾和水泥熟料生產(chǎn)中基本一致的目標(biāo)，在業(yè)內(nèi)率先解決了耐火材料在功能領(lǐng)域的敏感性和適應(yīng)性問(wèn)題。

　　水泥窯耐火工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　鑒于水泥窯改造和維修時(shí)間有限，甚至要求在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)施維修改造的特點(diǎn)，耐火企業(yè)必須反應(yīng)及時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)完成材料的施工，以下幾個(gè)方面將是水泥窯耐火工程技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

　　一是濕法噴射技術(shù)。耐火澆注料濕式噴射施工技術(shù)近年越來(lái)越受到人們的關(guān)注。它與常規(guī)的澆注料、自流澆注料不同，其一是在低加水量條件下仍具有一定的自流性，且不易出現(xiàn)顆粒偏析現(xiàn)象；其二是濕式噴射澆注料的粘滯阻力低，易于管道輸送。濕式噴射澆注料還有一個(gè)更顯著的特點(diǎn)就是噴射施工時(shí)需添加促凝劑，在促凝劑的作用下，噴射到施工面上的澆注料迅速失去流動(dòng)性而附著，可大大降低材料的回彈率。該技術(shù)具有無(wú)需支模、施工速度快、效率高、施工時(shí)無(wú)粉塵等優(yōu)點(diǎn)。到目前，國(guó)內(nèi)在水泥窯耐火材料施工應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)僅有以通達(dá)耐火為代表的優(yōu)勢(shì)企業(yè)，擁有技術(shù)、產(chǎn)品、裝備等成套、成熟經(jīng)驗(yàn)，在多個(gè)地域大型水泥窯上有成功的業(yè)績(jī)。

　　二是熱態(tài)修補(bǔ)技術(shù)。即借助熱態(tài)修補(bǔ)設(shè)備將配制好的修補(bǔ)料以一定壓力輸送到需修補(bǔ)部位，同時(shí)補(bǔ)充所需助燃?xì)怏w在高溫下通過(guò)固相燒結(jié)達(dá)到修補(bǔ)窯襯目的的耐火材料施工技術(shù)，具有施工方便、無(wú)需停窯等優(yōu)點(diǎn)。

　　三是典型部位預(yù)制技術(shù)。澆注料預(yù)制技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用驗(yàn)證，采用干法水泥窯典型部位澆注料預(yù)制技術(shù)能大幅提高澆注料的施工速度，輔以合理配置耐火材料，使用壽命十分理想，是水泥窯關(guān)鍵部位施工發(fā)展的重要方向。

　　隨著水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和技術(shù)的不斷進(jìn)步，還將推動(dòng)我國(guó)新一代新型干法水泥窯襯里耐火材料進(jìn)一步朝著綠色環(huán)保、節(jié)能降耗、方便快捷、均質(zhì)穩(wěn)定的方向不斷向前發(fā)展。