0引言
耐火材料在新型干法熟料煅烧中有着举足轻重的作用，耐火材料的使用寿命直接影响回转窑的运转周期，耐火材料的选用必须得到水泥企业的足够重视。新型干法熟料煅烧过程中，回转窑是一个转动的设备，按4.2r/min的转速计算，Φ5.4m窑的圆周线速度可达1.2m/s。耐火材料随回转窑做高速转动，这种情况在大型煅烧窑炉中并不多见，这对回转窑用耐火材料提出了更高要求。另外，回转窑内物料、气体成分复杂，高温下会与耐火材料的表面发生复杂的化学作用，特别是碱氯硫等有害元素在窑尾的循环富集，更加剧了对耐火材料的侵蚀和破坏。本文结合不同耐火材料的性能，对新型干法回转窑各带耐火材料的选用进行了分析。
1新型干法回转窑窑内耐火砖状况综述
1.1窑内耐火砖受机械力作用情况
回转窑是一个带有倾斜角度横卧的转动设备，其倾斜角的正弦值3.5%左右，倾斜的目的是使物料随回转窑转动而向窑头方向运动。正是这个倾斜角度，使得窑内耐火砖有自然向窑头挤压的趋势，但由于挡砖圈（一般沿窑轴线方向每10～20m设置且窑口浇注料前必须设置）的存在，使耐火砖被固定在窑内。常温下耐火砖的抗压强度一般都在50MPa以上，这样的耐压力基本足够抵抗耐火砖的挤压，但是随着窑内温度升高（一般认为窑内熟料烧结的温度在1350～1450℃），以及被窑内碱性成分的侵蚀，耐火砖的耐压强度会大幅下降，一旦超过耐压极限，耐火砖就会损坏、掉落，造成红窑事故，严重影响安全生产。
回转窑是一个由耐热钢板卷制而成的圆筒，在运行中受强大自重的作用力，会产生一定的椭圆度。绝对椭圆度是指回转窑转动一周，窑筒体最大半径和最小半径之差乘以经验得到容许的回转窑椭圆度一般不超过窑直径（单位为m）的千分之一，如直径为5m，那么回转窑容许的椭圆度就是0.5%，椭圆度可以用椭圆度测量仪进行测量。椭圆度在轮带支撑部位最为明显，后过渡带一般位于二挡轮带处，由于此处没有窑皮保护，其椭圆度一般在0.3%～0.5%，轮带附近的耐火材料会随筒体椭圆度的影响周期性的产生压应力、拉应力和剪切应力，严重时耐火砖之间发生相对运动，造成耐火砖挤压破损、剥落甚至掉砖。
筒体椭圆度最直观的表现就是轮带间隙的改变，我国现有回转窑的轮带大多采用浮动轮带（未见槽齿轮带的报道），浮动轮带间隙值一般控制为0.2D%，此数据允许筒体和轮带温差不超过180℃，在窑升温过程中，由于镁砖导热系数高，筒体温升过快膨胀而被轮带挤压造成永久性形变。实际生产中，特别是点火升温过程，要严格控制筒体温度的升高，避免筒体和轮带的温差过大。同时使用自动仪器时刻监视轮带间隙的变化情况，这一点要引起窑操的重视。
1.2窑内耐火砖受热应力情况
回转窑是一个高温设备，耐火砖在不同温度下晶型转变带来的体积热膨胀变化必须给予足够重视。热负荷是指窑内衬在烘炉温升过程中，耐火材料因受高温产生的热膨胀，造成相邻耐火材料之间相互挤压。以镁铝尖晶石砖为例，1400℃时的膨胀率按1.6％计算，长198mm的耐火砖其膨胀量可达3.16mm。在回转窑大量使用碱性转的情况下，其膨胀量是很大的，有文献指出在回转窑烘窑至1000℃时，如果没有窑筒体和环缝对膨胀的补偿，可导致耐火砖承受300MPa的压应力，这差不多相当于耐火砖所承受耐压强度的6倍，为此，回转窑点火烘窑初期严格按照升温制度进行升温保温就特别重要，如果升温过快，窑筒体的温度来不及升上去，就不能补偿耐火砖的膨胀，造成耐火砖的压应力急剧升高。为确保耐火砖的使用寿2，相对椭圆度是指绝对椭圆度和窑筒体内径的比值。基于命，必须严格按照升温曲线升温，在点火初期采用油为燃料，升温速度﹤30℃/h，>400℃时，采用煤为燃料，升温速度控制在﹤50℃/h，实践中由于煤燃烧的可控性差，很不容易控制稳定的升温速度，所以建议延长油煤混烧的时间，以便较好地控制升温速度，这对保护耐火材料是极其有利的。
1.3窑内耐火砖受化学侵蚀情况
耐火材料还会受到高温液相以及碱盐等有害物质和部分有害气体的渗透侵蚀。高温下熟料液相会与耐火砖表面发生化学反应，若煅烧温度过高，熟料液相量升高，熟料与耐火材料的化学反应会加剧，导致熟料与耐火材料热端的反应层加深，因反应层与砖的内部结构存在差异，发生了质的变化，当窑内温度突然发生较大波动或停窑冷却时，会造成耐火材料变质层的剥落开裂。
生料率值的变化也易使耐火砖遭受化学侵蚀。如IM值增加，熟料内的液相量增加，出现液相对耐火砖的渗透损坏。特别是在熟料煅烧时，为了降低f-CaO，会提高煅烧温度，此时耐火砖就会受过热液相的渗透侵蚀；当生料内MgO过高时，也易出现液相对耐火砖的渗透侵蚀；入窑生料中碱、氯、硫等有害物成分较高时，易出现碱盐和硫酸盐对耐火砖的侵蚀。
2回转窑用耐火材料的性能简介
2.1浇注料
回转窑多采用高铝浇注料，高铝耐火浇注料是以高铝质原料为骨料和粉料，加入结合剂制成的耐火浇注料。高铝耐火浇注料具有较高的机械强度和良好的抗热震、抗磨蚀等性能。浇注料以其使用简单，砌筑方便而广泛应用于烧成系统的各不动设备的异形部位，顶盖、直墙和下料管等，回转窑前后窑口都采用耐火浇注料进行浇筑。根据抗高温热应力及机械应力的不同耐火浇注料含Al2O3从45%到95%，浇注料的施工方式有震捣、自流及喷射方式等，浇注料整体牢固，运行稳定。
2.2镁铝、铁尖晶石耐火砖
高铝质耐火材料曾经在上个世纪初以湿法窑为主的传统回转窑中得到广泛使用，上世纪50年代以后，随着预热器窑和预分解窑的出现，高铝耐火材料不适应极高温和复杂窑内状况，这是因为在高温液相作用下碱硫化合物与耐火材料中的氧化铝形成低温共熔体损坏耐火砖。取而代之的是镁质碱性耐火材料在新型干法生产中得到应用，但是在镁砖中MgO＞83%，MgO遇H2O反应生成大的，膨胀会产生强烈的挤压应力导致耐火砖损害。在养护和烘烤阶段，由于大量结合水分解，增加了浇注料爆裂和剥落的风险。镁砖这些特性使得其储存变得困难，给施工带来很大不便。
理论镁铝尖晶石由28.33wt%的MgO和71.67wt％的Al2O3组成，熔点高达2135℃，在MgO-Al2O3二元相图上，存在范围较宽的富镁和富铝低共熔区域。工艺上合成镁铝尖晶石有两种烧结尖晶石和电熔尖晶石，其中电熔尖晶石的各项性能要优于烧结尖晶石。镁铝尖晶石是适应水泥生产无铬化的要求从上个世纪80年代发展起来的品种，传统回转窑烧成带曾经无例外地采用镁铬砖作为首选。虽然镁铬砖具有优良的挂窑皮性能，但由于其在高温下产生的六价铬对环境的极强污染性被禁止在回转窑烧成带使用。尖晶石砖中的优秀代表是镁铁尖晶石砖，镁铁尖晶石砖是上世纪90年代末出现的新品种，是由固溶有亚铁的尖晶石和含有氧化铁的烧结镁砂经特殊工艺制造而成的。在烧成带高温下铁离子与熟料中的氧化钙反应，在砖的热面生成一层粘性极高、极易挂窑皮的钙铁和钙铝铁化合物。镁铁尖晶石砖在导热性、挂窑皮性能等方面较镁铝尖晶石砖有优势，镁铁尖晶石耐火材料以其具有良好的高温力学性能、抗渣性能和挂窑皮性能，正成为镁铬耐火材料理想的替代材料广泛应用于回转窑烧成带。其缺点是，若窑内长期存在还原气氛，易引起镁铁尖晶石砖中三价铁离子还原成二价铁离子而影响铁尖晶石结构，一定程度会影响耐火砖寿命。
2.3硅莫耐火砖
硅莫砖（又叫HMS高耐磨砖）是以矾土熟料和碳化硅为主要原料制成的以刚玉、莫来石和碳化硅为主晶相，晶相间填充有玻璃相的刚玉－莫来石－碳化硅复相材料，因其具有较好的耐磨性、抗侵蚀性和高温力学性能，在水泥回转窑过渡带得到广泛应用，其使用寿命远高于镁铝尖晶石砖。由于回转窑的过渡带没有窑皮的保护，尖晶石砖在使用中会暴露在碱性气体环境中，遭受碱的侵蚀，在受热面产生裂纹、剥落而损坏。硅莫砖应用于过渡带有效的克服了这些缺点，这是因为硅莫砖结构致密、晶体稳定性强，使用中会在硅莫砖的表面形成连续的氧化硅致密层，对砖面起到了保护作用，其热导率高，耐磨性好，热膨胀系数低，具有良好的抗热震性能，特别适合没有窑皮保护的环境恶劣的过渡带使用。由于碳化硅的存Mg（OH）2，伴随30%体积膨胀，是碱性耐火砖膨胀性最在使得其热导率较高，导致过渡带的筒体温度升高，同时热损失增大，对节能不利。为了使筒体温度降低而采取风冷降温，又会导致挂副窑皮，为此在施工中要在筒体和砖之间必须加隔热层。
施工中还要注意硅莫砖的热膨胀系数较大的问题，预留好膨胀缝，轴向每隔1d加纸板，径向每隔15块砖加纸板。
硅莫红砖是在硅莫砖配料的基础上添加6%的红柱石生产的一种耐火砖，相比硅莫砖其具有优良的耐磨和抗热震性能，同时其1000℃导热系数也比较低，只有2.0W/（m·K），而硅莫砖的导热系数为2.3W/（m·K），应用于过渡带可有效降低筒体的温度。
实践中，根据工厂实际用具有良好抗压强度和热震稳定性的硅莫砖代替抗剥落高铝砖，砌筑于下过渡带；用导热系数低、热膨胀率接近的镁铁尖晶石砖代替镁铝尖晶石砖，砌筑于上过渡带前段；用有更高机械强度、更低导热系数的硅莫红砖代替镁铝尖晶石砖，砌筑于上过渡带中后段。表1是某厂5000t/d生产线Φ4.8m×72m回转窑表1某厂5000t/d生产线Φ4.8m×72m回转窑耐火材料配置表（仅供参考）窑位置/m使用的耐火砖
0～0.6 刚玉碳化硅浇注料
0.6～2 7环硅莫红砖
2～20 90环镁铁尖晶石砖
20～24.6 23环镁铝尖晶石砖
24.6～34 47环1680硅莫砖
34～53.6 98环1650硅莫砖
53.6～71.2 88环硅莫红砖
71.2～72 高铝质浇注料
3结束语
目前水泥窑用耐火材料基本仍离不开MgO-Al2O3-SiO2三元相图所界定的范围，根据三种氧化物所含比例的大小分为镁质、硅质和高铝质三种，在这个三元系统中有两个耐火性能优良的二元化合物分别是莫来石3Al2O3·2SiO2（A3S2）和尖晶石（MA），充分利用这两个化合物，结合不断进步的配料、成型和烧结工艺，生产出了尖晶石类和莫来石类适合新型干法回转窑使用的耐火耐火材料配置表（仅供参考）。材料，供回转窑各带选用的耐火砖的种类越来越多。
