目前，工業(yè)上使用的耐火材料種類繁多，性能各異，涉及工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。生產(chǎn)水泥使用的耐火材料應(yīng)滿足水泥生產(chǎn)工藝的要求，本文針對水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)使用耐火材料的種類及性能，從耐火磚和耐火澆注料兩個方面進行介紹。

第一節(jié)回轉(zhuǎn)窯工藝特性對耐火材料的要求

一、簡介回轉(zhuǎn)窯的工藝特性：

1．窯溫高，對耐火材料的損壞加劇，水泥熟料熔體中的C3A（鋁酸三鈣）、C4AF（鐵鋁酸四鈣）等侵蝕程度加大，窯內(nèi)過熱導(dǎo)致熱應(yīng)力破壞加劇。

2．窯速快，單位產(chǎn)量加大，機械應(yīng)力和疲勞破壞加大。

3．堿、氯、硫等組分侵蝕嚴重，硫酸鹽和氯化物等揮發(fā)、凝聚、反復(fù)循環(huán)富集，加劇結(jié)構(gòu)剝落損壞。

4．窯徑大，窯皮的穩(wěn)定性差。

5．窯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機械電氣設(shè)備故障增加，頻繁開停窯導(dǎo)致熱震破壞加劇。

二、預(yù)分解窯對耐火材料的要求

1．常溫力學強度和高溫結(jié)構(gòu)強度要高，窯內(nèi)不管燒成狀況的好壞，窯內(nèi)溫度在10000C以上，要求耐火磚荷重軟化溫度高。

2．熱震穩(wěn)定性要好，即抵抗窯溫劇烈變化而不被破壞的能力好。在停窯，開窯以及窯運轉(zhuǎn)狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，窯內(nèi)的溫度變化較大，要求窯襯在溫度劇烈變化的情況下，不能有龜裂或者剝落，要求在操作時盡量使窯溫穩(wěn)定。

3．抗化學侵蝕性要強，在窯內(nèi)燒成時，所形成的灰分、熔渣、蒸氣會對窯襯產(chǎn)生侵蝕。

4．耐磨及力學強度要高，窯內(nèi)生料的滑動及氣流中粉塵的磨擦，對窯襯造成磨損。尤其是開窯的初期，窯內(nèi)還沒有窯皮保護時更是如此。窯襯還要承受高溫時的膨脹應(yīng)力及窯筒體橢圓變形所造成的應(yīng)力。要求窯襯要有一定的力學強度。

5．窯襯具有良好的掛窯皮性能，窯皮掛在襯磚上，對襯磚有保護作用，如果襯磚具有良好的掛窯皮性能并且窯皮也能夠維持較長時間，可以使窯襯不受侵蝕與磨損。

6．氣孔率要低，如果氣孔率高會造成腐蝕性的窯氣滲透入襯磚中凝結(jié)，毀壞襯磚，特別是堿性氣體。

7．熱膨脹安定性能要好，窯筒體的熱膨脹系數(shù)雖大于窯襯的熱膨脹系數(shù)。但是窯筒體溫度一般都在280-450度左右，而窯襯磚的溫度一般都在800度以上，在燒成帶溫度有1500度，窯襯的熱膨脹比窯筒體要大，窯襯容易受壓力造成剝落。

8．低鉻或無鉻，減少鉻公害。

9．抗水化性能要好。

第二節(jié)預(yù)分解窯用耐火磚的種類

一、非堿性磚

非堿性磚為氧化鋁含量在48%以上的硅酸鋁耐火制品。礦物組成為剛玉（α-Al2O3）、莫來石（3Al2O32SiO2）和玻璃相，其含量取決于Al2O3/SiO2比值和雜質(zhì)的種類及數(shù)量，按Al2O3含量劃分等級。

一級：含Al2O365%-70%。

二級：含Al2O355%-65%。

三級：含Al2O348%-55%。

水泥回轉(zhuǎn)窯上使用的高耐磨磚、硅莫紅磚、硅莫磚、搞剝落磚都屬于高鋁質(zhì)磚，也稱其為非堿性磚。

二、堿性磚

1．鎂鋁尖晶石（MgO?AI2O3）、鎂鐵尖晶石磚（FeMgFeO4）：為了改善鎂磚的熱震穩(wěn)定性，在配料中加入氧化鋁或氧化鐵生成的以尖晶石結(jié)構(gòu)為主要礦物的鎂質(zhì)磚。熱震穩(wěn)定性好，使用過程中與熟料反應(yīng)能在磚的表面形成一層很薄的鋁酸鈣保護層，使液相不易滲透。

2．直接結(jié)合鎂鉻磚：（MgO?Cr2O3）：以良好菱鎂礦石和鉻鐵礦石為原料，先燒制成輕燒鎂砂，按一定級配后經(jīng)高壓成型，在1900度高溫下燒制成重燒鎂砂，再配入一定比例的鉻鐵礦石，加壓成型，經(jīng)1750-1850度隧道窯煅燒而成?？够瘜W侵蝕性能好。

3．尖晶石磚與直接結(jié)合鎂鉻磚相比較：前者的熱震穩(wěn)定性和抗剝落性比后者好而抗化學侵蝕性次于后者。這二種磚也稱其為堿性磚。

三、耐堿磚

在三次風管和旋風筒內(nèi)使用。主要成份AI2O3含量25%-30%，SiO2＞65%。它能使窯氣中的堿在磚面上凝集成后迅速與磚面發(fā)生化學反應(yīng)，形成一層高黏度釉面層，封閉了堿向磚體內(nèi)部繼續(xù)侵蝕的孔道，防止了堿裂。

第三節(jié)預(yù)分解窯用耐火磚的性能

一、使用性能

1．常溫耐壓強度：在常溫下單位面積上所承受的最大極限壓力。

2．荷重軟化開始溫度：指耐火制品在0.2MPa壓力下開始軟化變形0.6%的溫度。

3．耐火度：材料在高溫下抵抗熔化的性能。

4．密度：包括全部氣孔在內(nèi)的每立方米磚塊體積的千克數(shù)。

5．熱膨脹率：耐火制品受熱膨脹、冷后收縮的可逆變化。

6．熱震穩(wěn)定性：抵抗急冷急熱而不被破壞的能力。（在1100度時有水冷與風冷二種表示方法）

二、常用耐火磚理化指標及使用性能表

第四節(jié)回轉(zhuǎn)窯用耐火澆注料的種類及性能

耐火澆注料屬不定型耐火材料，是由耐火骨料和結(jié)合劑組成的混合料，交貨狀態(tài)為干料，加水或其它液體調(diào)配后使用。主要采用水硬性結(jié)合劑，也可采用化學結(jié)合劑，以澆注、振動、搗固方法施工，不需加熱即可凝固硬化。

一、低水泥耐火澆注料

普通水硬性耐火澆米料水泥用量15%-20%，加水量為10%-15%。低水泥耐火澆注料由于加入了高效表面活性外加劑后，水泥用量降為5%-7%，加水量降為5%-8%。兩者的主要成分雖然基本相同，但后者由于改善了水泥顆粒的分散性，提高了水泥水化的完全率，從而水泥顆粒的膠結(jié)作用得到充分發(fā)揮。性能：耐火度比普通澆注料高100-140度，荷重軟化開始溫度高20-70度。

低水泥耐火澆注料的理化性能

二、耐熱鋼纖維耐火澆注料

在耐熱澆注料中摻入短而細的耐熱鋼絲，具有較好的熱穩(wěn)定性和抗機械沖擊、抗磨損、抗機械振動作用。其使用周期比不摻入耐熱鋼纖維的同類澆注料提高2-5倍。

1.鋼纖維品種：Cr15%-25%，Ni9%-35%的耐熱鋼制作

2.耐火澆注料使用溫度：1400-1450度

3.鋼纖維加入量：2%-8%，國外有采用18%的最大加入量

4.鋼纖維尺寸：鋼纖維長度與其直徑比50-70范圍內(nèi)，直徑0.4-0.5mm。

三、輕質(zhì)耐火澆注料

由耐火輕質(zhì)骨料、粉料、結(jié)合劑或外加劑組成，按規(guī)定條件制作和養(yǎng)護后可直接使用的不定開型耐火材料，具有密度小，熱導(dǎo)率低、兼有耐火與隔熱性能。

四、高性能耐火澆注料

1、板狀剛玉澆注料

板狀剛玉是一種純凈的、不添加如MgO、BO3等任何添加劑而燒成收縮徹底的澆結(jié)氧化鋁，具有良好的α-AI2O3晶體結(jié)構(gòu)。（O2-近似地作六方最緊密堆積排列，AL3+填充在六個O2-形成的八面體空隙中）。

特點：

熔點高，約2040度。

晶粒硬度大，莫氏硬度9。

耐化學侵蝕，除氫氟酸和磷酸外，與大多數(shù)堿、礦物酸不起反應(yīng)。

不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔，其強度高。

具有耐火度高，熱負荷強度高、蠕變小，高密度、低透氣性，熱震穩(wěn)定及耐磨性好。熱收縮率低、純度高的特點。

2、尖晶石澆注料

什么是尖晶石：

是離子晶體，屬立方晶系空間群，分子通式為AB2O4，式中A為二價正離子，B為三價正離子。這類晶體稱為尖晶石。以MgAL2O4為代表，其它還有ZnAL2O4、FeAL2O4、FeCr2O4、FeMgFeO4。

特點：

熱振穩(wěn)定性好。

抗侵蝕性好。

具有硬度大，化學性能穩(wěn)定、熔點高等良好的性質(zhì)。

3、莫來石澆注料

莫來石：3Al2O3?2SiO2。它在自然界中是由葉蠟石

Al2（Si4O10）（OH）2脫水而來。澆注料熱態(tài)強度高，抗剝蝕性能好，具有較高的抗熱沖擊能力和抗結(jié)構(gòu)剝落性能。

4、抗結(jié)皮澆注料

由于SiC屬于中性材料，不與堿反應(yīng)，具有極好的耐堿性，由其組成的澆注料不與水泥生料反應(yīng)，具有良好的抗結(jié)皮性，耐磨性好，耐水泥生料沖刷，延長了使用周期。

常用耐火澆注料性能表

注：冷壓強度:1100*3H；抗折強度:1100*3H；線變化率:1100*3H

第五節(jié)耐火材料的檢測

一、耐火材料理化性能的檢測

1、耐火磚的檢測項目：主要化學成份含量、常溫耐壓強度、熱震穩(wěn)定性、荷重軟化溫度四個項目。

2、耐火澆注料的檢測項目：主要化學成份含量、耐壓強度、抗折強度、燒后線變化率、體積密度五個項目。

上述理化性能的檢測應(yīng)到國家認證的耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心檢測。

二、耐火磚常規(guī)檢測記錄及超標處理情況表

1.每種材質(zhì)填寫一份。

2.為什么大頭、小頭的誤差允許1mm，長度誤差允許2mm，高度誤差允許1%？

解釋：大、小頭誤差1mm可以用灰漿來調(diào)節(jié)，長度誤差2mm可以通過磚側(cè)面的膨脹紙板及灰漿來調(diào)節(jié)。高度允許1%，這是一種表示形式，集團窯內(nèi)使用的耐火磚有三種不同的高度：200mm、220mm、250mm。不同高度磚的誤差限制是不一樣的，但是不能超過2-2.5mm，一般情況下，我們應(yīng)控制在1-1.5mm。這個誤差也是火泥可以調(diào)節(jié)的。

3.平整度：控制在0.5mm。

解釋：用塞尺來檢測磚大面的平整程度，常用的塞尺規(guī)格有0.1、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5六種。磚的平整度最大值不能超過0.5mm。在操作上，我們最好是控制在0.2-0.3mm為宜。能通過0.5mm的塞尺，就說明該磚的平整度不好，應(yīng)多開幾箱，多測幾塊（這是因為超過0.5mm的標準值，在封口時，磚容易壓碎；磚在窯內(nèi)生產(chǎn)后由于窯的轉(zhuǎn)動，磚的大面相互擠壓，也易產(chǎn)生碎裂）如果還是這樣的話，就應(yīng)與供應(yīng)商聯(lián)系，由業(yè)主、我方、供應(yīng)商共同確定相應(yīng)的施工砌筑方案。并且由供應(yīng)商承諾這批磚的使用質(zhì)量。

4.單重:磚的理論單重可以計算，也可以用廠家提供的。我們將磚的實際重量是與理論重量比較，估測磚的質(zhì)密程度。

解釋：磚的重量偏差±0.5為宜。如偏重說明磚尺寸可能偏大、或受潮；偏輕說明氣孔率大、質(zhì)地松、達不到標準密度。對于超出范圍的磚，供應(yīng)商沒有說明和承諾，可以不用。

5.邊損、角損、裂紋、凹坑、熔跡、鼓包

解釋：這些缺陷都是磚在制作、燒成、包裝、運輸過程在產(chǎn)生的損傷和缺陷，上述現(xiàn)象只要在表格上的數(shù)值范圍內(nèi)，就是可以使用的磚。一般來講，抽樣6塊磚不應(yīng)有這些情況出現(xiàn)，如發(fā)現(xiàn)有一到二塊，應(yīng)再開一箱，還有這種現(xiàn)象，就應(yīng)聯(lián)系供應(yīng)商，詢問情況。并做好相關(guān)備忘。

三、取樣規(guī)則

耐火磚尺寸、外觀、斷面檢查和理論性能檢驗的試樣，采用隨機取樣方法：外觀質(zhì)量每批以十噸為限，理化性能每批以六十噸為限進行取樣。外觀、尺寸、單重檢驗取20塊，理化性能檢驗取6塊。每種型號耐火磚取樣數(shù)量不得少于3塊。

四、物理檢驗

1、常溫物理性能：顯氣孔率、吸水率和體積密度，真密度和真比重，常溫耐壓強度、抗折強度。

2、熱性能檢驗：耐火度，熱膨脹、差熱分析、重燒線變化，抗渣性能、熱震穩(wěn)定性。

3、熱機械性能檢驗：荷重軟化開始溫度，高溫蠕變性、高溫抗折強度，高溫耐壓強度。

（一）顯氣孔率、吸水率和體積密度

顯氣孔率、吸水率和體積密度，屬于耐火材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)。是與耐火材料的燒結(jié)程度、抗壓強度、荷重軟化開始溫度、熱震穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)、抗渣性等性能均有密切關(guān)系，它的檢驗對于控制耐火材料工藝操作、評定耐火材料質(zhì)量以及耐火材料使用性能都有重要實際意義，所以顯氣孔率、吸水率和體積密度是耐火材料的基本性質(zhì)，也是耐火材料的常規(guī)檢驗項目，一般用這三項指標來表示材料的致密程度。

氣孔一般由開口氣孔（包括貫通氣孔）及閉口氣孔組成，開口氣孔—與大氣相通，貫通氣孔—不僅與大氣相通，而且貫通制品的兩面，閉口氣孔—密閉在材料中不與大氣相通的氣孔。由于開口氣孔在制品使用中能直接與外物（如熔渣等）相接觸，因此它對制品的影響要比閉口氣孔嚴重，同時在測材料氣孔時，閉口氣孔的體積不能直接測定，只能測得與外界相通的氣孔的體積，所以耐火材料的氣孔通常都用顯氣孔率表示。

1、顯氣孔率、吸水率和體積密度的定義

顯氣孔率＝開口氣孔的體積/總體積×100%

吸水率＝開口氣孔中吸收水的質(zhì)量/干燥試樣質(zhì)量×100%體積密度＝干燥試樣質(zhì)量/總體積×100%

2、試驗注意事項

1)試樣尺寸要求：體積為50～200㎝2，棱長最長不超過80mm；

2)外觀要求：應(yīng)平整、干燥試樣刷干凈（切割中產(chǎn)生的細粉、裂紋的顆粒）無缺角掉棱、無肉眼可見的裂紋、無麻面。

3)必須在110℃下烘干到恒重，以充分排除附著水。

4)同一試樣必須在同一臺天平上稱量，避免稱量誤差。

5)試樣排氣必須達到規(guī)定的真空度和抽氣時間，液體必須完全淹沒試樣。

6)稱量表觀質(zhì)量時，要注意吊藍及試樣是否附著有空氣泡。

7)擦拭飽和試樣表面的過剩液體時，防止氣孔中的液體被吸出。本試驗方法的精度主要決定于從試樣表面擦去水分的恒定性與稱量的精度。

（二）常溫耐壓強度

耐火材料常溫耐壓強度是表示制品在室溫下，單位面積上所能承受的最大壓力，如超過此壓力材料則破壞。它是考核制品質(zhì)量的重要力學指標，與氣孔率、體積密度、熱震穩(wěn)定性都有直接的關(guān)系。

1、試樣的形狀尺寸要求

立方體：制品厚度小于或等于100mm時，按制品厚度取立方體，厚度大于100mm時，取連

長100mm的立方體。

圓柱體：直徑50±1mm，高度50±1mm，對不夠取得上述尺寸的制品按最大的可能取圓柱體

（直徑與高度尺寸相同）。

2、制樣

1）試樣的受壓面應(yīng)平整，受壓方向應(yīng)與制品成型壓力的方向一致，制樣時應(yīng)在試樣上標明受壓的方向。

2）試樣外觀不應(yīng)有因制樣造成的缺邊、掉角、裂紋等缺陷，如有則須另行制樣。

3）通常燒制品的試樣，風干即供試驗，如受過潮濕，必須在試驗前于110±5℃烘干2小時，然后自然冷卻到室溫。

3、結(jié)果計算

P＝F/S

P—耐壓強度，MPa

F—壓碎試樣的最大載荷，NS—受壓面面積，mm2

五、化學檢驗

（一）化學分析成分：Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SiO2、K2O、Na2O、SiC、燒失量、灰分、揮發(fā)分、固定碳。

（二）分析方法有：重量分析、容量分析

1、重量分析：是將被測組分變?yōu)橐欢ㄐ问降幕衔锖?，通過稱量該化合物的重量來計算測組含量。根據(jù)處理方法的不同，重量分析可分為沉淀法、氣化法、電解法等。

1）沉淀法：將被測組分形成難溶化合物沉淀，經(jīng)過過濾、烘干及灼燒最后稱重，由所得重量計算被測組分的含量。（BaSO4）

2）氣化法：通過加熱或其他方法使樣品中某種揮發(fā)性組分逸出后，根據(jù)樣品減輕的重量計算該組分的含量，或者當揮發(fā)性組分逸出時，選一種吸收劑將它吸收，然后根據(jù)吸收劑增加的重量計算該組分的含量。

3）電解法：利用電解原理，使金屬離子在電極上析出，然后稱重，計算其含量。

2、容量分析：是將一種已知準確濃度的試劑溶液（標準溶液），用滴定管滴加到被測物質(zhì)的溶液中，至物質(zhì)間到達等當量反應(yīng)時（用指示劑的顏色改變來判斷），由試劑溶液的體積和濃度，計算被測物質(zhì)含量的方法。

容量分析的優(yōu)點：準確度高、應(yīng)用范圍廣、操作簡便、快速等。

缺點是：靈敏度低、不適于微量組分的測定。

容量分析根據(jù)反應(yīng)類型又分為酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原法、沉淀滴定法。

1）酸堿滴定法又稱中和法，常用HCI和NaOH為滴定劑。水泥生料中碳酸鈣的測定就采用此法。

2）絡(luò)合滴定法：常用的絡(luò)合劑為EDTA，它與大部分金屬離子能1:1定量絡(luò)合。根據(jù)滴定的方式又分為：直接滴定法、返滴定法、置換滴定法、間接滴定法。直接滴定：如Ca2+、Mg2+。

返滴定：Al3+與EDTA形成一系多羥絡(luò)合物，絡(luò)合緩慢，絡(luò)合比不定，故加入過量的EDTA

加熱煮沸，使Al3+與EDTA定量絡(luò)合，然后用Cu2+或Zn2+標準溶液返滴EDTA。

置換滴定：利用置換反應(yīng)，從絡(luò)合物中置換出等量的另一種金屬離子或置換出EDTA，然后滴定。

間接滴定：一些不能與EDTA定量絡(luò)合的金屬離子，可同一化合物中將其分離，通過絡(luò)全滴定其他離子，來間接滴定被測的離子。

六、耐火磚供貨的書面材料

1、質(zhì)保書

2、出廠產(chǎn)品理論指標及試驗方法

3、施工指導(dǎo)書

4、磚型圖

5、產(chǎn)品裝箱單

6、產(chǎn)品合格證

這些都是驗收的依據(jù)。