工信部2013年9月1日頒布實施的JC/T 2196－《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）是首部指導、規(guī)范水泥窯用耐火材料應用的建材行業(yè)技術(shù)標準。《規(guī)程》的頒布實施結(jié)束了多年來我國水泥窯用耐火材料的使用沒有國家法規(guī)性指導文件的狀況。標準結(jié)合目前行業(yè)現(xiàn)狀并參照國外先進水平，是在匯集我國水泥窯用耐火材料幾十年的科研、設(shè)計成果和使用維護經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編制而成的，對現(xiàn)階段我國水泥窯用耐火材料的設(shè)計、優(yōu)化選材配套、節(jié)能環(huán)保、施工及使用維護具有指導性。

　　本文就水泥預分解窯技術(shù)進展和窯用耐火材料總體發(fā)展情況、標準編制特點、創(chuàng)新性、重要性、標準的實施對水泥和耐火材料生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的影響進行闡述，并展望水泥窯用耐火材料的未來發(fā)展。

1 水泥窯用耐火材料技術(shù)總體發(fā)展情況

? ? 水泥窯用耐火材料是水泥熟料煅燒配套的關(guān)鍵材料，其技術(shù)進展是隨水泥工業(yè)的技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的。

　　世紀水泥工業(yè)有兩次重大的技術(shù)突破，第一次是傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯在上世紀初得到全面推廣，第二次是預分解技術(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)配套的耐火材料，也反映出此發(fā)展趨勢。簡略地說，上世紀初至50年代是以黏土、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)和發(fā)展。50年代以后，上述材料的性能進一步完善和提高，出現(xiàn)了鎂質(zhì)、特種高鋁質(zhì)以及各種成分的耐火澆注料來適應懸浮預熱、預分解窯技術(shù)的發(fā)展，并隨預分解窯技術(shù)的進步而提高。進入21世紀，隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模進一步擴大，以及工業(yè)廢物作水泥生產(chǎn)的代用原燃料的數(shù)量逐年增加，促進了抗熱、熱化學、熱機械侵蝕的高性能鎂質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火材料技術(shù)的發(fā)展，此外，隨著環(huán)保條令逐年嚴格，均對耐火材料提出新的技術(shù)要求，目前這一趨勢仍在進行中。

2 預分解窯技術(shù)進展對耐火材料的影響和技術(shù)需求

2.1 預分解窯技術(shù)進展情況

? ? 上世紀70年代出現(xiàn)的預分解窯對耐火材料提出了一些新的技術(shù)要求。80年代以來，預分解窯生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展和完善，生產(chǎn)規(guī)模逐年增大，目前新建的生產(chǎn)線生產(chǎn)能力主要為4000～7000 t/d熟料，大型生產(chǎn)線為10 000～1 2000 t/d熟料。系統(tǒng)內(nèi)的預熱器、分解爐系統(tǒng)性能不斷完善和提高。回轉(zhuǎn)窯長徑比逐年下降，二支承窯大量出現(xiàn)，單位容積產(chǎn)量逐年上升。高效率的篦冷機逐步取代厚料層篦冷機，又被效率更高的無漏料縱向運行冷卻機取代。沖量和動量更大的多風道燃燒器火焰集中，煙氣溫度更高，可適用于燒質(zhì)次的燃煤和工業(yè)廢燃料。由上述裝備組成的燒成系統(tǒng)熱耗，20世紀70年代一般為4.18×(800～850)kJ/kg熟料，筒體散熱損失為4.18×90 kJ/kg熟料，窯運轉(zhuǎn)率約85%，至目前熱耗低于4.18×700 kJ/kg熟料、筒體散熱損失低于4.18×60 kJ/kg熟料，窯運轉(zhuǎn)率提高至92%以上。在若干年內(nèi)，可能達到4.18×(650～熟料，窯體散熱低于4.18×45 kJ/kg熟料，窯運轉(zhuǎn)率提高至95%以上。

　　近年來，生態(tài)化水泥生產(chǎn)技術(shù)的進展在預分解窯上尤為突出，不同行業(yè)的工業(yè)廢物大量地作用水泥原燃料，低品位燃料也大量應用，一些有害元素和重金屬元素也隨之帶入系統(tǒng)內(nèi)。此外，水泥生產(chǎn)過程中，NOx、SO2等有害氣體及粉塵排放的控制，以及六價鉻造成水污染的限制，都對耐火材料提出了技術(shù)需求。

2.2 預分解窯技術(shù)進展對耐火材料技術(shù)的需求

2.2.1 不動設(shè)備襯料

? ?（1）與早期的系統(tǒng)相比，窯尾廢氣溫度提高100～150 ℃以上，堿、硫、氯等結(jié)皮阻塞的現(xiàn)象和部位均有所增加。采用工業(yè)廢燃料和低品位燃煤后，有害物進一步增加，結(jié)皮阻塞現(xiàn)象進一步加劇。不動設(shè)備的襯料，不僅考慮抗堿、氯、硫等有害物的侵蝕及防結(jié)皮措施，還應考慮與襯料帶來配套的金屬錨釘和錨固件以及金屬筒體承受高溫和抗堿、硫、氯侵蝕的工況條件，盡量減輕金屬件的損壞。

　　（2）系統(tǒng)熱耗逐年下降，燃料燃燒所需的二次空氣量相應減少，再加上冷卻機熱效率的提高，入窯的二次空氣溫度進一步增加，以及多風道燃燒器的使用，使燃燒器前端、窯門罩、篦冷機進料口部位的溫度有較大提高，上述部位襯料不僅承受較高溫度的熟料、煙氣和氣流溫度的熱應力，還要承受熔體（液相）熟料和粉塵熟料的侵蝕，更為嚴重的是遭受表面帶熔體（液相）的高溫熟料的“雪人”的侵蝕。

　　（3）燃料價格上漲，一些以往不能在水泥工業(yè)應用的燃煤，因技術(shù)進步，現(xiàn)已在分解爐內(nèi)大量應用。如低揮發(fā)分燃煤燃點溫度高，且顆粒細，再加上三風道燃燒器的使用，易在分解爐內(nèi)造成局部高溫，這對分解爐的工作層和隔熱層材料的使用溫度和隔熱性能提出更高的技術(shù)要求。

　　（4）窯的產(chǎn)量持續(xù)增加，預熱器的規(guī)格和級數(shù)均在增加，預熱器塔架所承受的金屬筒體和襯料的負荷相應增大，減輕襯料重量對降低負荷及土建投資意義重大。其措施是在保持襯料性能的前提下，降低襯料容重；另一措施是，適當提高隔熱層性能和厚度，減少工作層襯料厚度，這對襯磚的機械性能提出更高的要求。

　　（5）隨著熟料質(zhì)量要求的提高，煅燒溫度相應提高，生料的配料率值相應增加，熟料在煅燒過程中飛砂料相應增加，這對三次風管、窯門、篦冷機內(nèi)與熟料接觸部位的襯體的磨蝕及襯體結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

　　（6）為減少NOx排放量，分解爐內(nèi)推行分級燃燒技術(shù)，即燃料在局部還原氣氛內(nèi)燃燒，襯料內(nèi)易受還原氣氛影響還原成二價鐵，磚內(nèi)的鐵含量有所限制。

　　（7）為防止含堿、硫化合物透過襯料縫隙，腐蝕金屬筒體和托磚板、錨釘?shù)炔考仨氃O(shè)置密閉性襯體，嚴格控制磚縫，對襯磚的外觀尺寸和襯體施工要2.2.1 回轉(zhuǎn)窯襯體

? ? （1）窯產(chǎn)量增加，窯徑加大，窯內(nèi)燒成帶襯磚所承受的單位熱負荷隨產(chǎn)量增加而增大，也易增大筒體橢圓度變化對襯磚所承受的熱機械應力。

　　（2）窯速進一步增大，目前最高設(shè)計轉(zhuǎn)速高達330 r/h，運轉(zhuǎn)中易使火磚滑動，產(chǎn)生擠壓損壞。此外，窯速增加，增大窯口部位襯磚所承受的向下推力，易造成損壞。這對窯內(nèi)火磚的強度、精度和施工質(zhì)量提高了要求。

　　（3）為進一步降低水泥中熟料摻加量和增加混凝土強度，熟料質(zhì)量要求越來越高。熟料中的石灰石飽和系數(shù)KH、硅酸率SM進一步增加，熟料的煅燒溫度進一步增加。窯料中的熔體量、熔體表面張力、熔體粘度均發(fā)生變化，對窯皮的性能也有影響。上述情況對窯內(nèi)燒成帶和上下過渡帶使用的耐火磚以及窯口、窯門罩、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)其他高溫部位的襯磚提出更高的溫度要求，也對襯磚的高溫強度和抗機械應力，以及粘掛窯皮的性能提出了要求。

　　（4）由于技術(shù)進步，一些生產(chǎn)廠家放棄長期使用的20%～30%揮發(fā)分的燃煤，改用揮發(fā)分低于的無煙煤。此類煤粉顆粒細，且燃點高，火焰集中，對輪帶附近燒成帶耐火磚的抗機械應力提出更高的需求。由于燃煤的揮發(fā)分低，沒有完全燃燒的煤粉在燃燒的過程中，沉積在沒有窯皮的磚面上，造成耐火磚碳剝落。此外，含硫較高的燃煤在還原氣氛下，由二氧化硫和氧化鈣結(jié)合的硫酸鈣分解，重新生成二氧化硫，在回轉(zhuǎn)窯后部分解帶易與窯料一起結(jié)厚窯皮、結(jié)圈、結(jié)大顆粒熟料，并對該部位窯襯和金屬筒體造成化學侵蝕，相應對耐火襯料和金屬材料提出抗化學侵蝕要求。

　　（5）工業(yè)廢物作原燃料的影響。上世紀年代初，工業(yè)發(fā)達國家開始在水泥窯上煅燒工業(yè)廢物，90年代起，逐步加大工業(yè)廢物、市政垃圾作水泥原燃料的應用，目前個別國家原料代用超過260 kg/t水泥，代用燃料達到煅燒熟料熱值的，這一趨勢仍在擴大。必須看到工業(yè)廢物作原燃料對生產(chǎn)控制和熟料質(zhì)量帶來的影響。工業(yè)廢物等作原燃料的品種多，數(shù)量少，成分難于均勻且含水量高，入窯的原燃料成分波動大，硫、氯、堿等有害物成分及數(shù)量多，致使生料的率值、生料易燒性、熔體量、熔體粘度等頻繁變化，在生產(chǎn)操作時，需經(jīng)常調(diào)整操作參數(shù)，以保證熟料質(zhì)量穩(wěn)定，但事實上很難做到，其結(jié)果是：原燃料成分波動，熟料質(zhì)量難于穩(wěn)定，易造成襯磚受熱、熱化學、熱機械應力損壞；生產(chǎn)中易出現(xiàn)不完全燃燒，增加了硫、氯、堿等有害元素化合物的循環(huán)，易出現(xiàn)窯尾后結(jié)圈、長厚窯皮及預熱器系統(tǒng)結(jié)皮堵塞，此工況易對耐火磚造成化學侵蝕；熔體量、熔體粘度的頻繁變化，易使燒成帶窯皮厚薄變化及坍落，耐火磚和窯筒體受熱不均易損壞；代用燃料性能不一，其火焰的位置也不一致，相應增加了燒成帶長度的變化和不穩(wěn)定，增加了堿性磚的長度，此外還易造成筒體變形對襯磚的機械應力損壞。

　　上述情況對燒成系統(tǒng)內(nèi)耐火磚和金屬部件產(chǎn)生嚴重的損壞，必須提高性能才能滿足生產(chǎn)需求。

　　近年來一些耐火材料的性能，如耐火度、抗熱震、抗硫堿侵蝕及抗機械應力均有較大提高。

　　（6）廢熱發(fā)電的影響。近年來，預熱器、冷卻機廢氣用于發(fā)電，但一些生產(chǎn)線抽取過多的高溫熱風，易使窯內(nèi)煙氣呈還原氣氛，增加硫堿循環(huán)；造成窯尾結(jié)皮堵塞和產(chǎn)生粉塵熟料，降低窯的運轉(zhuǎn)率。上述情況相應增加窯襯和筒體熱化學侵蝕。故對窯內(nèi)耐火磚的氧化鐵含量及抗堿硫侵蝕和粉塵磨蝕均提出技術(shù)要求。

　　（7）六價鉻的影響。水泥窯內(nèi)大量使用三價的鎂鉻磚，在窯內(nèi)含堿的窯氣使用后還原成極易溶于水且對人體十分有害的六價鉻。工業(yè)化國家在上世紀90年代起就制定保護水源的限制值，規(guī)定飲用水限制值為0.05 mg Cr6+/l，河流為0.30 mg Cr6+/l，污水為0.50 mg Cr6+/l。同時規(guī)定了要對水泥窯使用后的鎂鉻殘磚和水泥廠排水及水泥產(chǎn)品含鉻量進行全面監(jiān)控。上述限制迫使工業(yè)化國家停止在水泥窯上使用含鉻的耐火襯料。進入21世紀，又制定了限制水泥中含Cr6+的限制值，明確禁止使用和銷售水溶液Cr6+含量超過2 ppm的水泥，并制定了測試方法。

　　上述要求進一步限止了鎂鉻磚使用，必須開發(fā)適于掛窯皮的新品種的無鉻耐火磚。

　　（8）NOx排放的影響。水泥生產(chǎn)減少NOx排放措施主要有：窯主燃燒器呈現(xiàn)局部還原氣氛，以減少NOx的分解爐燃燒器在還原煙氣中分級煅燒，或使用噴氨減少NOx排放。窯和分解爐內(nèi)局部還原氣氛相應促使耐火磚內(nèi)Fe2O3在CO作用下生成、FeO、Fe3C、Fe和CO2，體積膨脹致使耐火磚體損壞，對特種高鋁磚、堿性磚內(nèi)的Fe2O3含量提出控制要求，一般≤1.0%。

3 《水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料使用規(guī)程》的制定及特點、創(chuàng)新性和重要性

? ? 上世紀90年代中期起，我國預分解窯水泥生產(chǎn)技術(shù)得以全面發(fā)展。至2011年起，生產(chǎn)線已增加至1 500多條以上，水泥產(chǎn)量達18.66億t，水泥窯的規(guī)格從單窯平均產(chǎn)能提升至80萬t，單窯最大規(guī)格上升至12 000 t/d熟料。2011年我國預分解窯數(shù)量和產(chǎn)量是全世界最多的，占總量50％以上。平均熟料熱耗也是世界先進的，為112 kg標煤。近年來，用工業(yè)廢物及低品位礦石作原料的數(shù)量增加，低熱值、低揮發(fā)分、高含硫、高內(nèi)水的燃煤大量應用。

　　工業(yè)廢物、城市垃圾、污泥作代用燃料開始應用，有害物排放限制值逐步嚴格。上述變化促使耐火材料在水泥生產(chǎn)過程中，所承受的熱、熱化學、熱機械應力大幅增高，從而對其性能提出新的要求。而原有的“水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程”（試行）已不能滿足需求，必須結(jié)合生產(chǎn)實際，制定水泥回轉(zhuǎn)窯耐火材料使用規(guī)程標準，才能滿足水泥預分解窯和耐火材料技術(shù)的發(fā)展。《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》制定和推廣應用目的在于優(yōu)化耐火材料質(zhì)量，全面延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)計、施工技術(shù)和生產(chǎn)管理水平，提高熟料產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能源和耐火材料的消耗量，提高水泥生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。為此，經(jīng)工信部批準立項，有關(guān)人員和部門組織耐火材料行業(yè)的一線專家和企業(yè)編制制訂《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》。

　　《規(guī)程》由國內(nèi)長期進行預分解窯耐火材料產(chǎn)品研究、生產(chǎn)制造、設(shè)計、施工和水泥生產(chǎn)企業(yè)具有實踐經(jīng)驗的有關(guān)技術(shù)人員編制，代表面廣，編制內(nèi)容切合實際，操作性強，同時結(jié)合國內(nèi)外水泥預分解窯技術(shù)進展和逐步嚴格的環(huán)保條令提出耐火材料的發(fā)展趨勢，具有一定的先進性和前瞻性，有利于耐火材料和水泥工業(yè)的發(fā)展，也有利于行業(yè)的經(jīng)濟效益，必然得到廣泛的支持和推廣應用。

3.1 《規(guī)程》的特點

? ? 十二五期間，我國水泥產(chǎn)量將突破20億t，人均年消費超過1 700 kg以上，產(chǎn)能過剩必將淘汰傳統(tǒng)立窯和小型技術(shù)落后的預分解窯，大型預分解窯數(shù)量在國內(nèi)不可能大量增加，一些生產(chǎn)線只有進一步提高、優(yōu)化技術(shù)才能得以生存和發(fā)展。而國外人均年消費約300 kg，一些發(fā)展中國家需要新建水泥生產(chǎn)線，我國的水泥預分解窯技術(shù)必須面向國外，才能更好發(fā)展，但需面對發(fā)達國家的技術(shù)和價格等因素的競爭，更多的是節(jié)能環(huán)保帶來的新的挑戰(zhàn)。

　　這意味著，水泥工業(yè)面臨新的發(fā)展機遇，相應帶來水泥窯用耐火材料技術(shù)的發(fā)展。

　　《規(guī)程》全面總結(jié)半個世紀以來國內(nèi)外預分解窯技術(shù)進展及其對水泥窯用耐火材料的技術(shù)需求和發(fā)展狀況，明確水泥窯用耐火材料使用性能的提高是從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)操作控制整個環(huán)鏈的技術(shù)提高為保證。在總結(jié)的基礎(chǔ)上，將上述環(huán)鏈各個環(huán)節(jié)國內(nèi)先進單位的科研、產(chǎn)品性能、襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及生產(chǎn)操作控制經(jīng)驗及關(guān)鍵數(shù)據(jù)予以介紹。并作參照標準，有利于同行進行比較，提高后進單位的耐火材料使用性能，促進行業(yè)的健康發(fā)展。

　　《規(guī)程》明確滿足節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的襯里設(shè)計及燒成系統(tǒng)用耐火材料整體配置，以及施工和使用、維護。明確水泥生產(chǎn)技術(shù)進展促進耐火材料技術(shù)進展，十分有利于水泥工業(yè)“十二五”規(guī)劃的科技創(chuàng)新目標和耐火材料技術(shù)進步目標的實現(xiàn)，起到引領(lǐng)水泥窯用耐火材料行業(yè)健康發(fā)展的作用，也為我國水泥工業(yè)引領(lǐng)世界水泥工業(yè)作出有力的技術(shù)支撐。

3.2 《規(guī)程》的創(chuàng)新性

? ? 《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程》匯集了我國預分解窯水泥技術(shù)發(fā)展過程中，不同時期科研、設(shè)計、施工、生產(chǎn)集成創(chuàng)新且仍在應用發(fā)展的成果；提出水泥窯用耐火材料技術(shù)是隨水泥熟料煅燒工藝技術(shù)進展而發(fā)展的，明確未來水泥工業(yè)在節(jié)能減排、工業(yè)廢棄物利用對耐火材料性能的需求，為水泥耐火材料技術(shù)進步指明途徑；明確水泥燒成系統(tǒng)耐火材料的選用標準從產(chǎn)品使用質(zhì)量和使用周期發(fā)展為以節(jié)能、環(huán)保及水泥窯協(xié)同處置廢棄物等全面系統(tǒng)的分析評價作為選用標準；《規(guī)程》所推薦的耐火、隔熱材料產(chǎn)品均是我國預分解窯水泥技術(shù)發(fā)展過程中，國內(nèi)科研、耐火企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品，通過進一步技術(shù)優(yōu)化、完善和集成創(chuàng)新并在國內(nèi)外5 000～12 000 t/d級大型預分解窯使用且得到驗證的技術(shù)先進的產(chǎn)品，其系統(tǒng)和完善性強；明確襯里是由耐火材料及相匹配的金屬部件所組成，統(tǒng)一考慮所承受的應力，分析襯里損壞機理，提出優(yōu)化措施，減少金屬部件損壞對耐火材料的影響，有利于延長燒成系統(tǒng)整體裝備的使用壽命；明確水泥窯用耐火材料磚型與國際統(tǒng)一，簡化磚型數(shù)量。襯里采用金屬殼體內(nèi)耐火磚、不定型耐火材料、隔熱板及金屬部件組成的混合襯里設(shè)計，具有襯里重量輕、密閉性能好、漏風量少、耐火磚型號數(shù)量少、筒體散熱損失低等優(yōu)點，可供其他工業(yè)借鑒；確定的水泥回轉(zhuǎn)窯主要部位耐火材料使用正常周期是在現(xiàn)有生產(chǎn)線應用基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析后制定，既實用且先進，可操作性強。

3.3 《規(guī)程》的重要性

? ? 水泥窯用耐火材料使用好壞，直接影響水泥窯的產(chǎn)量、運轉(zhuǎn)率及熟料質(zhì)量。《規(guī)程》全面總結(jié)半個世紀以來，國內(nèi)外預熱器、預分解窯發(fā)展過程中的技術(shù)進展、對耐火材料技術(shù)發(fā)展的需求及其發(fā)展過程。明確耐火材料使用性能的提高是從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)操作控制整個環(huán)鏈的提高；總結(jié)現(xiàn)有耐火材料科研開發(fā)、產(chǎn)品性能、襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程施工、烘干升溫、生產(chǎn)操作運行控制的整個程序，并以國內(nèi)領(lǐng)先單位的技術(shù)作為規(guī)程制定依據(jù)，必將為提高國內(nèi)現(xiàn)有水泥熟料產(chǎn)量和質(zhì)量、降低熱耗作出有力的技術(shù)支撐，對環(huán)保、淘汰落后產(chǎn)能和結(jié)構(gòu)調(diào)整均作出貢獻。明確水泥回轉(zhuǎn)窯磚型與國際一致，隨著產(chǎn)品性能的提高，有利于中國水泥生產(chǎn)裝備大幅進軍海外市場和中國耐火材料產(chǎn)品大幅向海外市場的出口，有利于耐火材料產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，為我國水泥工業(yè)全面達到世界先進水平并在工藝和技術(shù)裝備等重要方面實現(xiàn)引領(lǐng)和超越，形成技術(shù)領(lǐng)先、中國制造、國際品牌的中國水泥制造技術(shù)。

　　《規(guī)程》的實施，有利于我國建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃中新一代預分解水泥工藝技術(shù)和水泥窯協(xié)同處置成套技術(shù)與裝備的標志性指標所需耐火材料的技術(shù)發(fā)展和提高，有力地支撐建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃的實現(xiàn)。

4 我國水泥窯用耐火材料優(yōu)化發(fā)展的方向

? ? 耐火材料是保證熟料煅燒的重要原材料，上世紀80年代，我國水泥工業(yè)以立窯、濕法窯為主，與之相配的是黏土、高鋁磚。80年代中期，冀東、寧國等6條3 000 t/d級以上規(guī)模預分解窯引進時，整條生產(chǎn)線所需的耐火材料及備品全套引進，配套進口近3萬t各種耐火材料。通過創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，至本世紀初，我國形成了預分解窯所需的耐堿磚、耐堿澆注料系列產(chǎn)品、剛玉質(zhì)和高鋁質(zhì)低水泥耐火澆注料產(chǎn)品、硅酸鈣板等隔熱材料產(chǎn)品、部份堿性磚系列產(chǎn)品。上述產(chǎn)品在21世紀以來的預分解窯生產(chǎn)的大發(fā)展中得到進一步優(yōu)化提高，與此同時，還開發(fā)出一些新的品種來滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。目前，堿性磚可以滿足6 000 t/d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，高鋁質(zhì)、黏土質(zhì)的材料和耐火澆注料以及隔熱襯料完全滿足12 000 t/d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，有些還出口到國外。在此期間，耐火襯料的設(shè)計由初期的全套引進、生產(chǎn)實踐及優(yōu)化提高，逐步轉(zhuǎn)為自行設(shè)計，已完全能承擔不同規(guī)模的全套預分解窯生產(chǎn)線的圖紙設(shè)計，此外，通過上千條生產(chǎn)線的現(xiàn)場施工，施工技術(shù)和生產(chǎn)應用在實踐過程中全面提高，目前不僅承擔國內(nèi)不同規(guī)模的預分解窯耐火襯料施工圖的設(shè)計、施工，還隨工藝裝備的大量出口至國外，可以說設(shè)計、施工和生產(chǎn)應用已能完全勝任發(fā)展的需求。

　　改革開放的30余年來，我國工業(yè)迅速發(fā)展，鋼鐵和水泥的產(chǎn)量均居世界首位，耐火材料的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)量和消耗量也穩(wěn)居世界首位。我國耐火材料工業(yè)和水泥工業(yè)一樣也從“大而不強”，逐步轉(zhuǎn)入“又大又強”的過程中。進入21世紀，隨著水泥預分解窯生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)能在我國快速增長，與之配套的耐火材料工業(yè)在我國迅速發(fā)展，質(zhì)量和產(chǎn)能不斷提高，近年來常規(guī)燃料煅燒的6 000 t/d級及以下規(guī)模回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯，實施國產(chǎn)化配置，一些產(chǎn)品的技術(shù)性能己接近國際先進水平，相當數(shù)量出口至國外。從總體來看，和國外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品相比，技術(shù)仍存在差距，目前6 000 t/d以上規(guī)模生產(chǎn)線燒成帶、過渡帶上用的堿性磚，回轉(zhuǎn)窯分解帶、窯門罩、篦冷機進料口部位的特種高鋁質(zhì)耐火磚，以及硅酸鈣板、耐堿系列等產(chǎn)品性能均有待進一步提高。此外，適用于工業(yè)廢物作原燃料所產(chǎn)生的高熱化學應力和抗筒體形變所產(chǎn)生的高熱機械應力的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫部位耐火材料還有待開發(fā)。

5 《規(guī)程》實施近期對水泥生產(chǎn)及耐火企業(yè)產(chǎn)生的影響

5.1 水泥生產(chǎn)企業(yè)

? ? 水泥生產(chǎn)過程中，一般統(tǒng)計與耐火材料應用有關(guān)的數(shù)據(jù)為單位熟料生產(chǎn)消耗的磚耗和窯的運轉(zhuǎn)率及耐火磚使用壽命。我國水泥行業(yè)有關(guān)部門未作匯總統(tǒng)計，很難得出直接效果。世界最大的水泥公司發(fā)表的磚耗平均數(shù)據(jù)為：回轉(zhuǎn)窯消耗量占總量的74%，預熱器、分解爐、三次風管、窯門、冷卻機、燃燒器等不動裝備消耗的占26%。回轉(zhuǎn)窯耐火磚損壞的主要原因為：48%為正常損耗，用戶不正常工藝操作損耗約27%，筒體變形造成的機械損壞占12%，不正確的材質(zhì)選擇約7%，安裝不當約5%，而1%為產(chǎn)品質(zhì)量事故。此外，從一些期刊發(fā)表的文章來看，少數(shù)廠的筒體運轉(zhuǎn)低于15年即報廢更換，而國外一般在30年以上。《規(guī)程》詳細介紹了國內(nèi)著名的水泥窯用耐火材料施工單位的施工管理經(jīng)驗及細則，只要企業(yè)認真按標準要求執(zhí)行，聘用專業(yè)的施工單位結(jié)合工廠原燃料特性和生產(chǎn)工況，合理地配置耐火材料，做好安裝工作，則不正確的材質(zhì)選擇、安裝不當在短時期內(nèi)從13%降至5%以內(nèi)。此外，《規(guī)程》介紹了國內(nèi)最大的水泥公司在水泥生產(chǎn)過程中對耐火材料的使用操作、水泥廠家結(jié)合企業(yè)使用的原燃料和生產(chǎn)使用裝備情況，以及制定合理的耐火材料使用方案。在生產(chǎn)過程中，盡量做好原材料均勻，操作控制完善，減少不必要的停窯，在3～5年內(nèi)工藝操作不當和筒體變形造成的耐火磚損壞之和從37%可能降至20%以內(nèi)。也就是說短期內(nèi)耐火磚的使用壽命可以增加，在3～5年內(nèi)則可增加10%～15%。《規(guī)程》的實施及具體措施，必將進一步引起水泥和耐火企業(yè)的重視，將有利于降低耐火磚磚耗，提高窯的運轉(zhuǎn)率產(chǎn)量和熟料質(zhì)量，降低熟料生產(chǎn)熱耗，提高生產(chǎn)企業(yè)的效益。

5.2 耐火材料企業(yè)

? ? 《規(guī)程》明確水泥窯用耐火材料性能的技術(shù)進展必須滿足水泥窯生產(chǎn)的需求，耐火材料的生產(chǎn)數(shù)量與水泥產(chǎn)量密切關(guān)聯(lián)。未來工業(yè)廢物作水泥代用原燃料的數(shù)量逐年增加，環(huán)保條令逐年嚴格，水泥窯用耐火材料必須進一步提高抗化學侵蝕和抗機械應力，才能滿足國內(nèi)外水泥市場的需求，此外一些不符合環(huán)保的產(chǎn)品必將被淘汰。《規(guī)程》加速這一發(fā)展趨勢，促使耐火材料企業(yè)認真思考并采取對策。

　　長時期以來，國內(nèi)耐火材料所生產(chǎn)的產(chǎn)品均有基本的物理、化學性能參數(shù)。這些參數(shù)是滿足耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)，但在生產(chǎn)過程中很難全面解決實際的生產(chǎn)問題，為此國外的大型耐火企業(yè)結(jié)合自身的技術(shù)及裝備條件及生產(chǎn)實際狀況，增加了一些判斷熱、化學、機械應力的參數(shù)以提高磚的使用周期。《規(guī)程》對耐火磚的物理、化學性能提出了較高的性能要求，技術(shù)落后的耐火企業(yè)難于生產(chǎn)此類產(chǎn)品，更談不上判斷熱、熱化學、機械應力的參數(shù)，在競爭過程中必然淘汰。《規(guī)程》將促進耐火材料工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

6 水泥窯用耐火材料未來產(chǎn)能和技術(shù)的發(fā)展特性

6.1 產(chǎn)能需求

? ? 我國由于特殊的國情，可能出現(xiàn)國際水泥工業(yè)從未出現(xiàn)的人均水泥消耗量，2013年已達22.4億水泥。至2012～2015年中的某一年度人均水泥年消費量和總產(chǎn)能仍存在增加的可能，直至出現(xiàn)拐點。

　　在此期間，預分解窯用耐火襯料所有的品種所需的數(shù)量將隨水泥產(chǎn)能增加而增加，當出現(xiàn)拐點后，生產(chǎn)消耗所需的堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)澆注料，仍有較高的需求量，但隨產(chǎn)品性能的優(yōu)化而有所下降。基建材料中的硅酸鈣板，受一定影響，而純基建產(chǎn)品的耐堿磚和耐堿澆注料則影響較大，勢必大幅下降。

　　若我國水泥年最高產(chǎn)量估計為24億t，按年水泥中熟料摻加率60%估算，則年熟料生產(chǎn)量約14.4億t；國際享有盛名的溫斯頓咨詢公司發(fā)表的研究報告稱，2010年世界堿性磚平均消耗為熟料；按此值計算，則我國水泥生產(chǎn)最高堿性磚年消耗約103.5萬t。以后隨著熟料產(chǎn)能下降而逐步下降。特種高鋁磚和耐火澆注料年消耗總量稍低于堿性磚。

　　上述情況未考慮工業(yè)廢棄物在我國水泥行業(yè)代用燃料的速度。一般說來，工業(yè)廢物含有有害元素化合物較多，使用后堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)澆注料的單位熟料耗用量相應增大需求量。另一因素是海外市場新建生產(chǎn)線需要的數(shù)量，隨著市場占有量的增加，則所有品種耐火材料產(chǎn)品所需的數(shù)量也隨之增多。此外，我國耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量的進一步提高，向海外供應的產(chǎn)品數(shù)量也相應增加。

6.2 技術(shù)需求

? ? 從技術(shù)角度來看，一些工藝、裝備技術(shù)的進展將有利于降低耐火襯料的應力。均化技術(shù)的提高，減緩入窯生料、燃料的波動，降低襯磚所承受的極端熱、化學應力的作用。機械制造質(zhì)量的提高、二支承窯、鍵槽輪帶、新結(jié)構(gòu)擋磚圈的應用，必將進一步降低襯磚所承受的機械應力。另一方面，技術(shù)進展又增加了襯料承受的應力；熱耗降低及產(chǎn)能增加相應增大燒成帶單位面積熱負荷，增加襯料所承受的熱應力。工業(yè)廢物大量用作水泥熟料生產(chǎn)的原燃料，增加了入窯生料、燃料成分的波動和堿、氯、硫等化合物及重金屬的含量，增大了對襯料的熱化學侵蝕。大型裝備對襯體產(chǎn)生的機械應力相應增大。上述因素必然增大襯體所承受的熱化學、熱機械應力，帶來新的技術(shù)需求。上述情況表明，各裝備襯體所承受的應力與工藝裝備性能及原燃料性能有著直接的關(guān)系，生產(chǎn)消耗材料中的堿性磚、特種高鋁磚、高鋁質(zhì)耐火澆注料以及隔熱材料的技術(shù)需求如下介紹。

6.2.1 回轉(zhuǎn)窯

? ? 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)所需的產(chǎn)品主要有堿性磚、抗堿侵蝕高鋁磚及高性能耐火澆注料。

　　（1）堿性磚。要進一步加速無鉻化進程；優(yōu)化各種產(chǎn)品的阻抗體和改性劑性能，改善孔隙直徑、孔隙率及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上提高耐火度，增強抗化學侵蝕、抗斷裂韌性以及抗熱震等性能。需發(fā)展如下性能的產(chǎn)品： 增強掛窯皮性能； 增強抗熟料熔體和重硫侵蝕能力； 增強抗還原氣氛和碳侵蝕能力；增強抗重金屬元素化合物侵蝕能力；降低導熱系數(shù)；進一步降低產(chǎn)品價格，提高性價比。

　　在上述技術(shù)優(yōu)化的前提下，堿性磚的使用壽命將延長至一年以上，在采用鍵槽輪帶的二支承窯、熱工穩(wěn)定的生產(chǎn)狀況下，使用壽命可能延長至二年以上，磚耗下降至0.3 kg/t熟料以下。

　　（2）特種高鋁磚。進一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，繼續(xù)提高耐火度、抗重堿硫鹽的侵蝕，降低導熱系數(shù)，增強抗斷裂韌性及抗熱震、耐磨蝕等性能。在上述技術(shù)優(yōu)化的前提下，盡可能向窯內(nèi)高溫部位延伸以取代堿性磚，使用壽命有較大延長。

　　（3）燃燒器、窯口高強耐火澆注料。優(yōu)化產(chǎn)品性能，做好金屬錨固件的設(shè)計，提高耐火度，增強抗重堿硫化合應力及熱機械應力的能力，延長使用周期。

6.2.2 不動裝備

? ? 不動裝備工作層所需產(chǎn)品主要有特種高鋁磚，高性能高鋁質(zhì)耐火澆注料、耐堿性、耐堿澆注料，隔熱層主要有隔酸鈣板、耐火纖維板等。

　　（1）特級高鋁磚。進一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，增強抗堿硫、堿氯化合物侵蝕的能力，繼續(xù)增強抗斷韌性、抗熱震性和抗氧化還原特性以及降低導熱系數(shù)。降低產(chǎn)品價格，提高性價比，產(chǎn)品使用壽命在高溫部位延長至3年以上。

　　（2）特種高鋁質(zhì)耐火澆注料。進一步優(yōu)化產(chǎn)品性能，做好金屬錨固件的配套設(shè)計，提高耐火度，增強抗堿硫、堿氯化合物侵蝕的能力，提高抗氧化還原應力的能力。在提高性能的前提下，爭取在錐體和圓柱體上大量使用，產(chǎn)品使用壽命在高溫部位延長至3年以上。在發(fā)展產(chǎn)品性能的前提下，發(fā)展預制件產(chǎn)品。

　　（3）耐堿磚、耐堿澆注料。抗堿性能及耐火度進一步提高，使用壽命進一步延長。

　　（4）硅酸鈣板。工作溫度有待提高，導熱系數(shù)進一步降低，產(chǎn)品強度有待增加。

7 結(jié)束語

? ? 《水泥窯用耐火材料使用規(guī)程》是我國水泥工業(yè)發(fā)展至今建材行業(yè)首部指導水泥窯用耐火材料應用的標準。《規(guī)程》體現(xiàn)了水泥窯用耐火材料從設(shè)計到使用的最新成果和經(jīng)驗；《規(guī)程》參照國際先進水平并結(jié)合目前國內(nèi)行業(yè)的現(xiàn)狀，對耐火材料的設(shè)計應用提出了適應我國經(jīng)濟發(fā)展的技術(shù)要求，對現(xiàn)階段企業(yè)如何優(yōu)化產(chǎn)品、提高質(zhì)量、科學選材配套、應對節(jié)能環(huán)保等相應產(chǎn)業(yè)政策、走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要的指導性；對實現(xiàn)建材工業(yè)《十二五》規(guī)劃中提出的預分解窯水泥工藝技術(shù)標志性指標的實現(xiàn)起到有力的支撐。