《水泥回转窑用耐火材料使用规程》制定背景与应用价值

李思源陈友德汪海滨

1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2. 天津水泥设计院有限公司，天津 300400

《水泥回转窑用耐火材料使用规程》制定背景与应用价值

李思源1陈友德2汪海滨1

1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2. 天津水泥设计院有限公司，天津 300400

水泥窑用耐火材料是水泥熟料烧成系统配套的关键材料，其技术进展是随水泥技术的发展而发展的。原有的“水泥回转窑用耐火材料使用规程”（试行）不能满足需求，必须结合预分解窑水泥生产技术的现状与发展方向制定熟料烧成系统耐火材料使用规程标准。《水泥窑用耐火材料使用规程》是我国水泥工业发展至今建材行业首部指导水泥窑用耐火材料应用的标准。该规程体现了水泥窑用耐火材料从设计到使用的最新成果和经验；该规程参照国际先进水平并结合目前国内行业的现状，对耐火材料的设计应用提出了适应我国经济发展的技术要求，对现阶段企业如何优化产品、提高质量、科学选材配套、应对节能环保等相应产业政策、走可持续发展道路具有重要的指导性。

耐火材料 预分解窑 技术要求 节能环保

0 引言

工信部2013年9月1日颁布实施的JC/T 2196-2013《水泥回转窑用耐火材料使用规程》（以下简称《规程》）是首部指导、规范水泥窑用耐火材料应用的建材行业技术标准。《规程》的颁布实施结束了多年来我国水泥窑用耐火材料的使用没有国家法规性指导文件的状况。标准结合目前行业现状并参照国外先进水平，是在汇集我国水泥窑用耐火材料几十年的科研、设计成果和使用维护经验的基础上编制而成的，对现阶段我国水泥窑用耐火材料的设计、优化选材配套、节能环保、施工及使用维护具有指导性。

本文就水泥预分解窑技术进展和窑用耐火材料总体发展情况、标准编制特点、创新性、重要性、标准的实施对水泥和耐火材料生产企业产生的影响进行阐述，并展望水泥窑用耐火材料的未来发展。

1 水泥窑用耐火材料技术总体发展情况

水泥窑用耐火材料是水泥熟料煅烧配套的关键材料，其技术进展是随水泥工业的技术发展而发展的。

20世纪水泥工业有两次重大的技术突破，第一次是传统回转窑在上世纪初得到全面推广，第二次是预分解技术的出现，大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的发展，而与水泥工业配套的耐火材料，也反映出此发展趋势。简略地说，上世纪初至50年代是以黏土、高铝质耐火材料来满足以湿法窑为主的传统回转窑的生产和发展。50年代以后，上述材料的性能进一步完善和提高，出现了镁质、特种高铝质以及各种成分的耐火浇注料来适应悬浮预热、预分解窑技术的发展，并随预分解窑技术的进步而提高。进入21世纪，随着水泥生产规模进一步扩大，以及工业废物作水泥生产的代用原燃料的数量逐年增加，促进了抗热、热化学、热机械侵蚀的高性能镁质和高铝质耐火材料技术的发展，此外，随着环保条令逐年严格，均对耐火材料提出新的技术要求，目前这一趋势仍在进行中。

2 预分解窑技术进展对耐火材料的影响和技术需求

2.1 预分解窑技术进展情况

上世纪70年代出现的预分解窑对耐火材料提出了一些新的技术要求。80年代以来，预分解窑生产技术不断发展和完善，生产规模逐年增大，目前新建的生产线生产能力主要为4 000～7 000 t/d熟料，大型生产线为10 000～1 2000 t/d熟料。系统内的预热器、分解炉系统性能不断完善和提高。回转窑长径比逐年下降，二支承窑大量出现，单位容积产量逐年上升。高效率的篦冷机逐步取代厚料层篦冷机，又被效率更高的无漏料纵向运行冷却机取代。冲量和动量更大的多风道燃烧器火焰集中，烟气温度更高，可适用于烧质次的燃煤和工业废燃料。由上述装备组成的烧成系统热耗，20世纪70年代一般为4.18×(800～850)kJ/kg熟料，筒体散热损失为4.18×90 kJ/kg熟料，窑运转率约85%，至目前热耗低于4.18×700 kJ/kg熟料、筒体散热损失低于4.18×60 kJ/kg熟料，窑运转率提高至92%以上。在若干年内，可能达到4.18×(650～670)kJ/kg熟料，窑体散热低于4.18×45 kJ/kg熟料，窑运转率提高至95%以上。

近年来，生态化水泥生产技术的进展在预分解窑上尤为突出，不同行业的工业废物大量地作用水泥原燃料，低品位燃料也大量应用，一些有害元素和重金属元素也随之带入系统内。此外，水泥生产过程中，NOx、SO2等有害气体及粉尘排放的控制，以及六价铬造成水污染的限制，都对耐火材料提出了技术需求。

2.2 预分解窑技术进展对耐火材料技术的需求

2.2.1 不动设备衬料

（1）与早期的系统相比，窑尾废气温度提高100～150 ℃以上，碱、硫、氯等结皮阻塞的现象和部位均有所增加。采用工业废燃料和低品位燃煤后，有害物进一步增加，结皮阻塞现象进一步加剧。不动设备的衬料，不仅考虑抗碱、氯、硫等有害物的侵蚀及防结皮措施，还应考虑与衬料带来配套的金属锚钉和锚固件以及金属筒体承受高温和抗碱、硫、氯侵蚀的工况条件，尽量减轻金属件的损坏。

（2）系统热耗逐年下降，燃料燃烧所需的二次空气量相应减少，再加上冷却机热效率的提高，入窑的二次空气温度进一步增加，以及多风道燃烧器的使用，使燃烧器前端、窑门罩、篦冷机进料口部位的温度有较大提高，上述部位衬料不仅承受较高温度的熟料、烟气和气流温度的热应力，还要承受熔体（液相）熟料和粉尘熟料的侵蚀，更为严重的是遭受表面带熔体（液相）的高温熟料的“雪人”的侵蚀。

（3）燃料价格上涨，一些以往不能在水泥工业应用的燃煤，因技术进步，现已在分解炉内大量应用。如低挥发分燃煤燃点温度高，且颗粒细，再加上三风道燃烧器的使用，易在分解炉内造成局部高温，这对分解炉的工作层和隔热层材料的使用温度和隔热性能提出更高的技术要求。

（4）窑的产量持续增加，预热器的规格和级数均在增加，预热器塔架所承受的金属筒体和衬料的负荷相应增大，减轻衬料重量对降低负荷及土建投资意义重大。其措施是在保持衬料性能的前提下，降低衬料容重；另一措施是，适当提高隔热层性能和厚度，减少工作层衬料厚度，这对衬砖的机械性能提出更高的要求。

（5）随着熟料质量要求的提高，煅烧温度相应提高，生料的配料率值相应增加，熟料在煅烧过程中飞砂料相应增加，这对三次风管、窑门、篦冷机内与熟料接触部位的衬体的磨蚀及衬体结构提出了更高的要求。

（6）为减少NOx排放量，分解炉内推行分级燃烧技术，即燃料在局部还原气氛内燃烧，衬料内Fe2O3易受还原气氛影响还原成二价铁，砖内的铁含量有所限制。

（7）为防止含碱、硫化合物透过衬料缝隙，腐蚀金属筒体和托砖板、锚钉等部件，必须设置密闭性衬体，严格控制砖缝，对衬砖的外观尺寸和衬体施工要求提高。

2.2.2 回转窑衬体

（1）窑产量增加，窑径加大，窑内烧成带衬砖所承受的单位热负荷随产量增加而增大，也易增大筒体椭圆度变化对衬砖所承受的热机械应力。

（2）窑速进一步增大，目前最高设计转速高达330 r/h，运转中易使火砖滑动，产生挤压损坏。此外，窑速增加，增大窑口部位衬砖所承受的向下推力，易造成损坏。这对窑内火砖的强度、精度和施工质量提高了要求。

（3）为进一步降低水泥中熟料掺加量和增加混凝土强度，熟料质量要求越来越高。熟料中的石灰石饱和系数KH、硅酸率SM进一步增加，熟料的煅烧温度进一步增加。窑料中的熔体量、熔体表面张力、熔体粘度均发生变化，对窑皮的性能也有影响。上述情况对窑内烧成带和上下过渡带使用的耐火砖以及窑口、窑门罩、回转窑内其他高温部位的衬砖提出更高的温度要求，也对衬砖的高温强度和抗机械应力，以及粘挂窑皮的性能提出了要求。

（4）由于技术进步，一些生产厂家放弃长期使用的20%～30%挥发分的燃煤，改用挥发分低于10%的无烟煤。此类煤粉颗粒细，且燃点高，火焰集中，对轮带附近烧成带耐火砖的抗机械应力提出更高的需求。由于燃煤的挥发分低，没有完全燃烧的煤粉在燃烧的过程中，沉积在没有窑皮的砖面上，造成耐火砖碳剥落。此外，含硫较高的燃煤在还原气氛下，由二氧化硫和氧化钙结合的硫酸钙分解，重新生成二氧化硫，在回转窑后部分解带易与窑料一起结厚窑皮、结圈、结大颗粒熟料，并对该部位窑衬和金属筒体造成化学侵蚀，相应对耐火衬料和金属材料提出抗化学侵蚀要求。

（5）工业废物作原燃料的影响。上世纪80年代初，工业发达国家开始在水泥窑上煅烧工业废物，90年代起，逐步加大工业废物、市政垃圾作水泥原燃料的应用，目前个别国家原料代用超过260 kg/t水泥，代用燃料达到煅烧熟料热值的60%，这一趋势仍在扩大。必须看到工业废物作原燃料对生产控制和熟料质量带来的影响。工业废物等作原燃料的品种多，数量少，成分难于均匀且含水量高，入窑的原燃料成分波动大，硫、氯、碱等有害物成分及数量多，致使生料的率值、生料易烧性、熔体量、熔体粘度等频繁变化，在生产操作时，需经常调整操作参数，以保证熟料质量稳定，但事实上很难做到，其结果是：原燃料成分波动，熟料质量难于稳定，易造成衬砖受热、热化学、热机械应力损坏；生产中易出现不完全燃烧，增加了硫、氯、碱等有害元素化合物的循环，易出现窑尾后结圈、长厚窑皮及预热器系统结皮堵塞，此工况易对耐火砖造成化学侵蚀；熔体量、熔体粘度的频繁变化，易使烧成带窑皮厚薄变化及坍落，耐火砖和窑筒体受热不均易损坏；代用燃料性能不一，其火焰的位置也不一致，相应增加了烧成带长度的变化和不稳定，增加了碱性砖的长度，此外还易造成筒体变形对衬砖的机械应力损坏。

上述情况对烧成系统内耐火砖和金属部件产生严重的损坏，必须提高性能才能满足生产需求。近年来一些耐火材料的性能，如耐火度、抗热震、抗硫碱侵蚀及抗机械应力均有较大提高。

（6）废热发电的影响。近年来，预热器、冷却机废气用于发电，但一些生产线抽取过多的高温热风，易使窑内烟气呈还原气氛，增加硫碱循环；造成窑尾结皮堵塞和产生粉尘熟料，降低窑的运转率。上述情况相应增加窑衬和筒体热化学侵蚀。故对窑内耐火砖的氧化铁含量及抗碱硫侵蚀和粉尘磨蚀均提出技术要求。

（7）六价铬的影响。水泥窑内大量使用三价的镁铬砖，在窑内含碱的窑气使用后还原成极易溶于水且对人体十分有害的六价铬。工业化国家在上世纪90年代起就制定保护水源的限制值，规定饮用水限制值为0.05 mg Cr6+/l，河流为0.30 mg Cr6+/l，污水为0.50 mg Cr6+/l。同时规定了要对水泥窑使用后的镁铬残砖和水泥厂排水及水泥产品含铬量进行全面监控。上述限制迫使工业化国家停止在水泥窑上使用含铬的耐火衬料。进入21世纪，又制定了限制水泥中含Cr6+的限制值，明确禁止使用和销售水溶液Cr6+含量超过2 ppm的水泥，并制定了测试方法。上述要求进一步限止了镁铬砖使用，必须开发适于挂窑皮的新品种的无铬耐火砖。

（8）NOx排放的影响。水泥生产减少NOx排放措施主要有：窑主燃烧器呈现局部还原气氛，以减少NOx的分解炉燃烧器在还原烟气中分级煅烧，或使用喷氨减少NOx排放。窑和分解炉内局部还原气氛相应促使耐火砖内Fe2O3在CO作用下生成Fe3O4、FeO、Fe3C、Fe和CO2，体积膨胀致使耐火砖体损坏，对特种高铝砖、碱性砖内的Fe2O3含量提出控制要求，一般≤1.0%。

3 《水泥回转窑耐火材料使用规程》的制定及特点、创新性和重要性

上世纪90年代中期起，我国预分解窑水泥生产技术得以全面发展。至2011年起，生产线已增加至1 500多条以上，水泥产量达18.66亿t，水泥窑的规格从单窑平均产能提升至80万t，单窑最大规格上升至12 000 t/d熟料。2011年我国预分解窑数量和产量是全世界最多的，占总量50%以上。平均熟料热耗也是世界先进的，为112 kg标煤。近年来，用工业废物及低品位矿石作原料的数量增加，低热值、低挥发分、高含硫、高内水的燃煤大量应用。工业废物、城市垃圾、污泥作代用燃料开始应用，有害物排放限制值逐步严格。上述变化促使耐火材料在水泥生产过程中，所承受的热、热化学、热机械应力大幅增高，从而对其性能提出新的要求。而原有的“水泥回转窑用耐火材料使用规程”（试行）已不能满足需求，必须结合生产实际，制定水泥回转窑耐火材料使用规程标准，才能满足水泥预分解窑和耐火材料技术的发展。《水泥回转窑用耐火材料使用规程》制定和推广应用目的在于优化耐火材料质量，全面延长使用寿命，降低生产成本，提高设计、施工技术和生产管理水平，提高熟料产量、质量，降低能源和耐火材料的消耗量，提高水泥生产的经济效益。为此，经工信部批准立项，有关人员和部门组织耐火材料行业的一线专家和企业编制制订《水泥回转窑用耐火材料使用规程》。

《规程》由国内长期进行预分解窑耐火材料产品研究、生产制造、设计、施工和水泥生产企业具有实践经验的有关技术人员编制，代表面广，编制内容切合实际，操作性强，同时结合国内外水泥预分解窑技术进展和逐步严格的环保条令提出耐火材料的发展趋势，具有一定的先进性和前瞻性，有利于耐火材料和水泥工业的发展，也有利于行业的经济效益，必然得到广泛的支持和推广应用。

3.1 《规程》的特点

十二五期间，我国水泥产量将突破20亿t，人均年消费超过1 700 kg以上，产能过剩必将淘汰传统立窑和小型技术落后的预分解窑，大型预分解窑数量在国内不可能大量增加，一些生产线只有进一步提高、优化技术才能得以生存和发展。而国外人均年消费约300 kg，一些发展中国家需要新建水泥生产线，我国的水泥预分解窑技术必须面向国外，才能更好发展，但需面对发达国家的技术和价格等因素的竞争，更多的是节能环保带来的新的挑战。这意味着，水泥工业面临新的发展机遇，相应带来水泥窑用耐火材料技术的发展。

《规程》全面总结半个世纪以来国内外预分解窑技术进展及其对水泥窑用耐火材料的技术需求和发展状况，明确水泥窑用耐火材料使用性能的提高是从产品开发到生产操作控制整个环链的技术提高为保证。在总结的基础上，将上述环链各个环节国内先进单位的科研、产品性能、衬里结构设计、施工及生产操作控制经验及关键数据予以介绍。并作参照标准，有利于同行进行比较，提高后进单位的耐火材料使用性能，促进行业的健康发展。

《规程》明确满足节能环保、循环经济的衬里设计及烧成系统用耐火材料整体配置，以及施工和使用、维护。明确水泥生产技术进展促进耐火材料技术进展，十分有利于水泥工业“十二五”规划的科技创新目标和耐火材料技术进步目标的实现，起到引领水泥窑用耐火材料行业健康发展的作用，也为我国水泥工业引领世界水泥工业作出有力的技术支撑。

3.2 《规程》的创新性

《水泥回转窑用耐火材料使用规程》汇集了我国预分解窑水泥技术发展过程中，不同时期科研、设计、施工、生产集成创新且仍在应用发展的成果；提出水泥窑用耐火材料技术是随水泥熟料煅烧工艺技术进展而发展的，明确未来水泥工业在节能减排、工业废弃物利用对耐火材料性能的需求，为水泥耐火材料技术进步指明途径；明确水泥烧成系统耐火材料的选用标准从产品使用质量和使用周期发展为以节能、环保及水泥窑协同处置废弃物等全面系统的分析评价作为选用标准；《规程》所推荐的耐火、隔热材料产品均是我国预分解窑水泥技术发展过程中，国内科研、耐火企业研发创新的产品，通过进一步技术优化、完善和集成创新并在国内外5 000～12 000 t/d级大型预分解窑使用且得到验证的技术先进的产品，其系统和完善性强；明确衬里是由耐火材料及相匹配的金属部件所组成，统一考虑所承受的应力，分析衬里损坏机理，提出优化措施，减少金属部件损坏对耐火材料的影响，有利于延长烧成系统整体装备的使用寿命；明确水泥窑用耐火材料砖型与国际统一，简化砖型数量。衬里采用金属壳体内耐火砖、不定型耐火材料、隔热板及金属部件组成的混合衬里设计，具有衬里重量轻、密闭性能好、漏风量少、砖型数量少、筒体散热损失低等优点，可供其他工业借鉴；确定的水泥回转窑主要部位耐火材料使用正常周期是在现有生产线应用基础上系统分析后制定，既实用且先进，可操作性强。

3.3 《规程》的重要性

水泥窑用耐火材料使用好坏，直接影响水泥窑的产量、运转率及熟料质量。《规程》全面总结半个世纪以来，国内外预热器、预分解窑发展过程中的技术进展、对耐火材料技术发展的需求及其发展过程。明确耐火材料使用性能的提高是从产品开发到生产操作控制整个环链的提高；总结现有耐火材料科研开发、产品性能、衬里结构设计、工程施工、烘干升温、生产操作运行控制的整个程序，并以国内领先单位的技术作为规程制定依据，必将为提高国内现有水泥熟料产量和质量、降低热耗作出有力的技术支撑，对环保、淘汰落后产能和结构调整均作出贡献。明确水泥回转窑砖型与国际一致，随着产品性能的提高，有利于中国水泥生产装备大幅进军海外市场和中国耐火材料产品大幅向海外市场的出口，有利于耐火材料产品技术的发展，为我国水泥工业全面达到世界先进水平并在工艺和技术装备等重要方面实现引领和超越，形成技术领先、中国制造、国际品牌的中国水泥制造技术。

《规程》的实施，有利于我国建材工业《十二五》规划中新一代预分解水泥工艺技术和水泥窑协同处置成套技术与装备的标志性指标所需耐火材料的技术发展和提高，有力地支撑建材工业《十二五》规划的实现。

4 我国水泥窑用耐火材料优化发展的方向

耐火材料是保证熟料煅烧的重要原材料，上世纪80年代，我国水泥工业以立窑、湿法窑为主，与之相配的是黏土、高铝砖。80年代中期，冀东、宁国等6条3 000 t/d级以上规模预分解窑引进时，整条生产线所需的耐火材料及备品全套引进，配套进口近3万t各种耐火材料。通过创新和集成创新，至本世纪初，我国形成了预分解窑所需的耐碱砖、耐碱浇注料系列产品、刚玉质和高铝质低水泥耐火浇注料产品、硅酸钙板等隔热材料产品、部份碱性砖系列产品。上述产品在21世纪以来的预分解窑生产的大发展中得到进一步优化提高，与此同时，还开发出一些新的品种来满足生产发展的需求。目前，碱性砖可以满足6 000 t/d级及其以下规模生产线的需求，高铝质、黏土质的材料和耐火浇注料以及隔热衬料完全满足12 000 t/d级及其以下规模生产线的需求，有些还出口到国外。在此期间，耐火衬料的设计由初期的全套引进、生产实践及优化提高，逐步转为自行设计，已完全能承担不同规模的全套预分解窑生产线的图纸设计，此外，通过上千条生产线的现场施工，施工技术和生产应用在实践过程中全面提高，目前不仅承担国内不同规模的预分解窑耐火衬料施工图的设计、施工，还随工艺装备的大量出口至国外，可以说设计、施工和生产应用已能完全胜任发展的需求。

改革开放的30余年来，我国工业迅速发展，钢铁和水泥的产量均居世界首位，耐火材料的生产能力、生产量和消耗量也稳居世界首位。我国耐火材料工业和水泥工业一样也从“大而不强”，逐步转入“又大又强”的过程中。进入21世纪，随着水泥预分解窑生产技术和产能在我国快速增长，与之配套的耐火材料工业在我国迅速发展，质量和产能不断提高，近年来常规燃料煅烧的6 000 t/d级及以下规模回转窑内衬，实施国产化配置，一些产品的技术性能己接近国际先进水平，相当数量出口至国外。从总体来看，和国外优质产品相比，技术仍存在差距，目前6 000 t/d以上规模生产线烧成带、过渡带上用的碱性砖，回转窑分解带、窑门罩、篦冷机进料口部位的特种高铝质耐火砖，以及硅酸钙板、耐碱系列等产品性能均有待进一步提高。此外，适用于工业废物作原燃料所产生的高热化学应力和抗筒体形变所产生的高热机械应力的回转窑内高温部位耐火材料还有待开发。

5 《规程》实施近期对水泥生产及耐火企业产生的影响

5.1 水泥生产企业

水泥生产过程中，一般统计与耐火材料应用有关的数据为单位熟料生产消耗的砖耗和窑的运转率及耐火砖使用寿命。我国水泥行业有关部门未作汇总统计，很难得出直接效果。世界最大的水泥公司发表的砖耗平均数据为：回转窑消耗量占总量的74%，预热器、分解炉、三次风管、窑门、冷却机、燃烧器等不动装备消耗的占26%。回转窑耐火砖损坏的主要原因为：48%为正常损耗，用户不正常工艺操作损耗约27%，筒体变形造成的机械损坏占12%，不正确的材质选择约7%，安装不当约5%，而1%为产品质量事故。此外，从一些期刊发表的文章来看，少数厂的筒体运转低于15年即报废更换，而国外一般在30年以上。《规程》详细介绍了国内著名的水泥窑用耐火材料施工单位的施工管理经验及细则，只要企业认真按标准要求执行，聘用专业的施工单位结合工厂原燃料特性和生产工况，合理地配置耐火材料，做好安装工作，则不正确的材质选择、安装不当在短时期内从13%降至5%以内。此外，《规程》介绍了国内最大的水泥公司在水泥生产过程中对耐火材料的使用操作、水泥厂家结合企业使用的原燃料和生产使用装备情况，以及制定合理的耐火材料使用方案。在生产过程中，尽量做好原材料均匀，操作控制完善，减少不必要的停窑，在3～5年内工艺操作不当和筒体变形造成的耐火砖损坏之和从37%可能降至20%以内。也就是说短期内耐火砖的使用寿命可以增加7%，在3～5年内则可增加10%～15%。《规程》的实施及具体措施，必将进一步引起水泥和耐火企业的重视，将有利于降低耐火砖砖耗，提高窑的运转率产量和熟料质量，降低熟料生产热耗，提高生产企业的效益。

5.2 耐火材料企业

《规程》明确水泥窑用耐火材料性能的技术进展必须满足水泥窑生产的需求，耐火材料的生产数量与水泥产量密切关联。未来工业废物作水泥代用原燃料的数量逐年增加，环保条令逐年严格，水泥窑用耐火材料必须进一步提高抗化学侵蚀和抗机械应力，才能满足国内外水泥市场的需求，此外一些不符合环保的产品必将被淘汰。《规程》加速这一发展趋势，促使耐火材料企业认真思考并采取对策。

长时期以来，国内耐火材料所生产的产品均有基本的物理、化学性能参数。这些参数是满足耐火材料产品质量的依据，但在生产过程中很难全面解决实际的生产问题，为此国外的大型耐火企业结合自身的技术及装备条件及生产实际状况，增加了一些判断热、化学、机械应力的参数以提高砖的使用周期。《规程》对耐火砖的物理、化学性能提出了较高的性能要求，技术落后的耐火企业难于生产此类产品，更谈不上判断热、热化学、机械应力的参数，在竞争过程中必然淘汰。《规程》将促进耐火材料工业的结构调整。

6 水泥窑用耐火材料未来产能和技术的发展特性

6.1 产能需求

我国由于特殊的国情，可能出现国际水泥工业从未出现的人均水泥消耗量，2013年已达22.4亿t水泥。至2012～2015年中的某一年度人均水泥年消费量和总产能仍存在增加的可能，直至出现拐点。在此期间，预分解窑用耐火衬料所有的品种所需的数量将随水泥产能增加而增加，当出现拐点后，生产消耗所需的碱性砖、特种高铝砖、高铝质浇注料，仍有较高的需求量，但随产品性能的优化而有所下降。基建材料中的硅酸钙板，受一定影响，而纯基建产品的耐碱砖和耐碱浇注料则影响较大，势必大幅下降。

若我国水泥年最高产量估计为24亿t，按2010年水泥中熟料掺加率60%估算，则年熟料生产量约14.4亿t；国际享有盛名的温斯顿咨询公司发表的研究报告称，2010年世界碱性砖平均消耗为0.72 kg/t熟料；按此值计算，则我国水泥生产最高碱性砖年消耗约103.5万t。以后随着熟料产能下降而逐步下降。特种高铝砖和耐火浇注料年消耗总量稍低于碱性砖。

上述情况未考虑工业废弃物在我国水泥行业代用燃料的速度。一般说来，工业废物含有有害元素化合物较多，使用后碱性砖、特种高铝砖、高铝质浇注料的单位熟料耗用量相应增大需求量。另一因素是海外市场新建生产线需要的数量，随着市场占有量的增加，则所有品种耐火材料产品所需的数量也随之增多。此外，我国耐火材料产品质量的进一步提高，向海外供应的产品数量也相应增加。

6.2 技术需求

从技术角度来看，一些工艺、装备技术的进展将有利于降低耐火衬料的应力。均化技术的提高，减缓入窑生料、燃料的波动，降低衬砖所承受的极端热、化学应力的作用。机械制造质量的提高、二支承窑、键槽轮带、新结构挡砖圈的应用，必将进一步降低衬砖所承受的机械应力。另一方面，技术进展又增加了衬料承受的应力；热耗降低及产能增加相应增大烧成带单位面积热负荷，增加衬料所承受的热应力。工业废物大量用作水泥熟料生产的原燃料，增加了入窑生料、燃料成分的波动和碱、氯、硫等化合物及重金属的含量，增大了对衬料的热化学侵蚀。大型装备对衬体产生的机械应力相应增大。上述因素必然增大衬体所承受的热化学、热机械应力，带来新的技术需求。上述情况表明，各装备衬体所承受的应力与工艺装备性能及原燃料性能有着直接的关系，生产消耗材料中的碱性砖、特种高铝砖、高铝质耐火浇注料以及隔热材料的技术需求如下介绍。

6.2.1 回转窑

回转窑内所需的产品主要有碱性砖、抗碱侵蚀高铝砖及高性能耐火浇注料。

（1）碱性砖。要进一步加速无铬化进程；优化各种产品的阻抗体和改性剂性能，改善孔隙直径、孔隙率及产品结构。在现有产品基础上提高耐火度，增强抗化学侵蚀、抗断裂韧性以及抗热震等性能。需发展如下性能的产品： 增强挂窑皮性能； 增强抗熟料熔体和重硫侵蚀能力； 增强抗还原气氛和碳侵蚀能力；增强抗重金属元素化合物侵蚀能力；降低导热系数；进一步降低产品价格，提高性价比。

在上述技术优化的前提下，碱性砖的使用寿命将延长至一年以上，在采用键槽轮带的二支承窑、热工稳定的生产状况下，使用寿命可能延长至二年以上，砖耗下降至0.3 kg/t熟料以下。

（2）特种高铝砖。进一步优化产品性能，继续提高耐火度、抗重碱硫盐的侵蚀，降低导热系数，增强抗断裂韧性及抗热震、耐磨蚀等性能。在上述技术优化的前提下，尽可能向窑内高温部位延伸以取代碱性砖，使用寿命有较大延长。

（3）燃烧器、窑口高强耐火浇注料。优化产品性能，做好金属锚固件的设计，提高耐火度，增强抗重碱硫化合应力及热机械应力的能力，延长使用周期。

6.2.2 不动装备

不动装备工作层所需产品主要有特种高铝砖，高性能高铝质耐火浇注料、耐碱性、耐碱浇注料，隔热层主要有隔酸钙板、耐火纤维板等。

（1）特种高铝砖。进一步优化产品性能，增强抗碱硫、碱氯化合物侵蚀的能力，继续增强抗断韧性、抗热震性和抗氧化还原特性以及降低导热系数。降低产品价格，提高性价比，产品使用寿命在高温部位延长至3年以上。

（2）特种高铝质耐火浇注料。进一步优化产品性能，做好金属锚固件的配套设计，提高耐火度，增强抗碱硫、碱氯化合物侵蚀的能力，提高抗氧化还原应力的能力。在提高性能的前提下，争取在锥体和圆柱体上大量使用，产品使用寿命在高温部位延长至3年以上。在发展产品性能的前提下，发展预制件产品。

（3）耐碱砖、耐碱浇注料。抗碱性能及耐火度进一步提高，使用寿命进一步延长。

（4）硅酸钙板。工作温度有待提高，导热系数进一步降低，产品强度有待增加。

7 结束语

《水泥窑用耐火材料使用规程》是我国水泥工业发展至今建材行业首部指导水泥窑用耐火材料应用的标准。《规程》体现了水泥窑用耐火材料从设计到使用的最新成果和经验；《规程》参照国际先进水平并结合目前国内行业的现状，对耐火材料的设计应用提出了适应我国经济发展的技术要求，对现阶段企业如何优化产品、提高质量、科学选材配套、应对节能环保等相应产业政策、走可持续发展道路具有重要的指导性；对实现建材工业《十二五》规划中提出的预分解窑水泥工艺技术标志性指标的实现起到有力的支撑。

2014-11-30）

TQ172.622.26; TU54

B

1008-0473(2015)01-0036-07

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.010