20世紀水泥工業(yè)有兩次重大的技術(shù)突破，第一次是回轉(zhuǎn)窯在本世紀初得到全面推廣，第二次是窯外分解技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了水泥窯的熱效率和單機生產(chǎn)能力，促進了水泥工業(yè)向大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展，而與水泥工業(yè)配套的耐火襯料，也反映出此發(fā)展趨勢。簡略地說，20世紀初至50年代是以粘土、高鋁質(zhì)耐火材料來滿足以濕法窯為主的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)需求。50年代以后，上述材料的性能進一步完善和提高，出現(xiàn)了以鎂質(zhì)耐火材料來適應(yīng)懸浮預(yù)熱、窯外分解窯技術(shù)的發(fā)展。

本文就水泥熟料生產(chǎn)的技術(shù)進展，尤其是窯外分解窯出現(xiàn)后的技術(shù)完善和進展對配套的耐火材料的發(fā)展作一探討。

1水泥生產(chǎn)技術(shù)的進展對耐火材料的需求

1.1傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯對耐火材料的需求

早期的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯是料漿煅燒的濕法窯和料粉煅燒的干法長窯、余熱鍋爐窯，一般配用單筒和多筒冷卻機。窯的熱耗均在6500kJ/kg熟料以上，熟料在窯內(nèi)煅燒溫度一般低于1350℃，燒成帶用普通高鋁磚，其余部份使用粘土磚，此后，出現(xiàn)了利用窯尾廢氣的立波爾加熱機以及配套的篦冷機，熱耗降低至5000kJ/kg熟料左右，熟料煅燒溫度超過1350℃，要求具有較高的耐火度和抗熟料化學(xué)侵蝕及抗震性能強的新品種耐火磚，此時，出現(xiàn)了特種高鋁磚、磷酸鹽磚及普通鎂質(zhì)堿性磚，這些耐火磚滿足了生產(chǎn)需求，還進一步提高了一般的傳統(tǒng)窯襯料的使用周期，得以廣泛推廣應(yīng)用。

1.2預(yù)熱器窯對耐火材料的需求

1.2.1襯砌部位的不同

傳統(tǒng)窯襯料主要用在回轉(zhuǎn)窯，冷卻筒和窯門罩，材質(zhì)、磚型砌筑主要按回轉(zhuǎn)設(shè)備要求考慮的，立波爾窯除了回轉(zhuǎn)窯使用的襯磚外，增加了加熱機和篦冷機的襯砌，而預(yù)熱器窯的襯料只有部分用在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，大部分用在形狀復(fù)雜的預(yù)熱器系統(tǒng)的設(shè)備內(nèi)，所需襯料的材質(zhì)、磚型、砌筑要求與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯料是不同的。

1.2.2窯溫及其影響

預(yù)熱器窯的配料率值中的硅酸率SM、鋁氧率IM較傳統(tǒng)窯高，熟料煅燒溫度高，再加上多風(fēng)道燃燒器形成的高溫，使整個窯內(nèi)氣流和物料溫度遠遠超過傳統(tǒng)窯相似部位的溫度，國外的大型預(yù)熱器窯內(nèi)熟料煅燒溫度超過1400℃，熱耗低于3500kJ/kg熟料，在此高溫情況下，熟料中的鈣硅融熔物和堿硫化合物與Al2O3形成低溫共熔體，在工況苛刻的窯上，幾天之內(nèi)可將高鋁質(zhì)襯磚損壞，只得在窯內(nèi)大量使用堿性磚，窯內(nèi)堿性磚的長度約（7～10）D。

1.2.3堿硫揮發(fā)性組分的侵蝕及影響

預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)，堿硫氯等化合物組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)導(dǎo)致窯料中這些組分的富集，在系統(tǒng)下部的預(yù)熱器、進料室、上升煙道等溫度較高的部位易結(jié)皮阻塞、干擾正常生產(chǎn)。此外，襯料受堿氯硫化合物的氣體和結(jié)皮物的侵蝕，形成膨脹性堿裂損壞，在上述易結(jié)皮部位，采用系列耐堿侵蝕的半酸性粘土磚和耐火澆注料。

另一差別在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，部分富集的堿氯硫化合物隨窯料從預(yù)熱器進入窯內(nèi)，在熟料煅燒過程中，部分化合物揮發(fā)，侵蝕窯內(nèi)未結(jié)皮的襯磚，而熟料內(nèi)的化合物因熔融溫度較低，在高溫煅燒部位以液相形式存在熟料內(nèi)，侵蝕燒成帶和上下過濾帶的襯磚，給上述部位的窯內(nèi)襯磚提出了較高的抗堿氯硫化合物的侵蝕功能的需求。

1.2.4窯速的影響

常規(guī)窯的窯速為1r/min，而預(yù)熱器窯的窯速為2r/min，窯速高，窯內(nèi)火焰和窯料之間溫差對襯磚造成的熱震破壞次數(shù)增大，遭受的軸向擠壓和向下的推力增強，對襯磚的強度和襯砌縫隙以及膠泥的性能均提出了要求。

1.2.5材質(zhì)的差別

預(yù)熱器窯內(nèi)的襯磚不論從窯溫、窯在回轉(zhuǎn)過程中造成的機械應(yīng)力，以及堿氯硫化合物的化學(xué)侵蝕均提出了比立波爾窯更高的要求，在此期間出現(xiàn)了半直接接合鎂鉻磚、直接接合鎂鉻磚和白云石磚等產(chǎn)品。此類產(chǎn)品耐火度高、抗熟料和堿氯硫等化學(xué)侵蝕，抗熱震等機械性能強，掛窯皮性能優(yōu)良，進一步滿足了各種不同生產(chǎn)方式窯型的需求。

1.2.6系統(tǒng)內(nèi)不動設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響

預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)不動設(shè)備多而形狀復(fù)雜，為簡化磚型，一方面制定標準化的磚型，在圓形和圓錐部位采用配磚設(shè)計，簡化磚形數(shù)量，另一方面在形狀復(fù)雜的部位使用耐火澆注料，相應(yīng)減少磚形數(shù)量，通過上述措施，一套預(yù)熱器窯的磚型數(shù)量由原來的120種減少至20余種，由于不同部位對耐火澆注料的需求，促進了它的發(fā)展。

1.2.7節(jié)能要求

預(yù)熱器窯不動設(shè)備的表面散熱面積>1m2/d.t熟料，筒體散熱損失較大。減少襯體散熱損失，不僅降低能耗，更重要的是維持系統(tǒng)內(nèi)的溫度，提高入窯物料分解率，有利于保持窯內(nèi)熱工制度正常和穩(wěn)定。在此需求下，出現(xiàn)了導(dǎo)熱系數(shù)低，工況溫度高，容重輕的硬質(zhì)硅酸鈣板隔熱材料和性能優(yōu)良的隔熱磚。

1.3窯外分解窯對耐火襯料的需求

70年代中期，在預(yù)熱器窯生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了窯外分解窯，在窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)分解爐，從冷卻機抽熱風(fēng)通過三次風(fēng)管入分解爐內(nèi)作燃燒空氣。分解爐內(nèi)燃料提供的熱量供生料分解用，煅燒熟料的熱量由窯頭燃燒器提供。由于生料分解所需的熱量較熟料煅燒的熱量多，在生產(chǎn)過程中，約60％的燃料由分解爐提供，而40％的燃料由窯頭燃燒器供應(yīng)，因而在同一直徑的窯，產(chǎn)量幾乎增加了1倍以上，熱耗相應(yīng)降低。窯外分解窯出現(xiàn)后，就成為水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的主流，在世界各國廣為發(fā)展。窯外分解窯是從預(yù)熱器窯技術(shù)發(fā)展的，耐火材料的技術(shù)要求基本和預(yù)熱器窯接近，差別在于：

(1)在相同產(chǎn)量的情況下，窯外分解窯在燒成帶的熱力強度較預(yù)熱器窯有較大程度的下降，入窯物料分解率提高，燒成帶的窯皮長度較預(yù)熱器窯有所增長，窯內(nèi)同一部位使用相同材質(zhì)的耐火磚，則磚的使用周期有所提高。

(2)窯尾物料分解率提高，窯尾廢氣溫度增加，窯料內(nèi)所含的堿氯硫相同的情況下，窯外分解窯在預(yù)熱器系統(tǒng)下部設(shè)備內(nèi)的襯磚所遭受的堿氯硫侵蝕較預(yù)熱器窯重些。

(3)窯速加快至3r/min，對窯內(nèi)襯磚的熱震破壞和機械應(yīng)力增大。