半個世紀以來，世界水泥總產(chǎn)量從1950年的1.3億噸增加到2008年的28.6億噸熟料約22.8億噸)，預(yù)計在20lo年世界經(jīng)濟復(fù)蘇后，仍會出現(xiàn)較大的增長。世界水泥工業(yè)所消耗的耐火材料2005年為185萬噸，其中堿性耐火磚消耗量為115萬噸，非堿性的耐火材料為70萬噸。

20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20世紀初得到全面推廣，第二次是預(yù)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，20世紀初至50年代是以粘土磚、高鋁耐火磚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。20世紀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(yīng)懸浮預(yù)熱，隨著預(yù)分解窯技術(shù)的發(fā)展帶來新的技術(shù)需求使這些產(chǎn)品性能進一步得到優(yōu)化、提高。進入21世紀，隨著工業(yè)廢物作水泥生產(chǎn)的代用原燃料的數(shù)量逐年增加，一些堿、氯、硫的化合物對水泥熟料生產(chǎn)和耐火材料帶來了危害，促進了抗堿、氯、硫侵蝕的高性能鎂質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火材料技術(shù)的發(fā)展，目前這種趨勢仍在進行中。

一、預(yù)分解窯的發(fā)展歷程

我國水泥工業(yè)一直以傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯為主導(dǎo)。20世紀60年代以前是以濕法窯為主，年代起立窯迅速發(fā)展，限于歷史條件，50年代在國際上出現(xiàn)且60年代大量發(fā)展的預(yù)熱器窯在我國沒有得到發(fā)展。20世紀70年代中期，在預(yù)熱器技術(shù)的基礎(chǔ)上，國際上出現(xiàn)了新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)量成倍增長，熱耗有較大下降，迅速在世界范圍內(nèi)發(fā)展。原國家建材局隨即投入資金，組織人員進行開發(fā)，20世紀70年代中期至80年代初期為熟料燒成生產(chǎn)線實驗研究開發(fā)階段，其成果是投產(chǎn)了性能較差的幾臺小型預(yù)分解窯生產(chǎn)線，難于推廣應(yīng)用。直至20世紀80年代初，才有少量生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，其規(guī)模為400～1000t／d，總年產(chǎn)能不足150萬噸熟料。由于這些生產(chǎn)線的生料制備均為傳統(tǒng)的干法窯生料制備，難于滿足預(yù)分解窯的生產(chǎn)需求，以至于投產(chǎn)后工藝、裝備事故不斷，產(chǎn)品質(zhì)量較差，運轉(zhuǎn)率低，熱耗高，產(chǎn)量低，經(jīng)濟效益差，難于大量推廣應(yīng)用。為改變上述狀況，必須開展水泥生產(chǎn)過程中從生料制備至熟料煅燒的全部工藝裝備技術(shù)，才能保證預(yù)分解窯生產(chǎn)線正常生產(chǎn)。

從20世紀80年代起，我國水泥工業(yè)在國內(nèi)開發(fā)成果的基礎(chǔ)上，吸收了引進的大型生產(chǎn)線的技術(shù)，進行了10余項工藝、裝備、自動化技術(shù)的試驗研究和百余項裝備的開發(fā)設(shè)計。上述集成創(chuàng)新的工藝裝備技術(shù)集中在江西水泥廠2000t／d新型干法生產(chǎn)線上，投產(chǎn)后被譽為我國水泥工業(yè)發(fā)展史的重要里程碑。該生產(chǎn)線雖然達到科技攻關(guān)要求，但產(chǎn)量等主要技術(shù)指標距設(shè)計要求仍有較大差距，一些關(guān)鍵裝備及其附屬部件常出事故，影響生產(chǎn)。

為此，又進行了10余項水泥生產(chǎn)關(guān)鍵裝備制造專利技術(shù)的引進，消化吸收，在國內(nèi)試制后，于20世紀90年代中期在吉林雙陽水泥廠2000t／d生產(chǎn)線上投人生產(chǎn)，做到生產(chǎn)線投產(chǎn)即達產(chǎn)的目標。

吉林雙陽2000t／d級生產(chǎn)線雖然生產(chǎn)技術(shù)得以完善，但存在產(chǎn)量低，基建投資偏高的問題。20世紀90年代中期起，在引進裝備專利制造、消化、吸收基礎(chǔ)上，進行了再創(chuàng)新，開展了生料系統(tǒng)的單段破碎、均化裝備及輥式生料磨系統(tǒng)裝備和燒成系統(tǒng)的預(yù)熱器分解爐、篦冷機、燃燒器等技術(shù)裝備的開發(fā)。上述開發(fā)的工藝裝備確保20世紀90年代后期投產(chǎn)的2000t／d級生產(chǎn)線產(chǎn)量增至2500t／d以上，運轉(zhuǎn)率大幅提高，熱耗下降了8％～10％，電耗也有較大幅度下降，且水泥產(chǎn)量質(zhì)量優(yōu)良，而投資僅增加5％～8％。由于產(chǎn)量大幅增加，促使單位投資大幅下降，這意味著新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)已全面成熟，而且單位熟料投資較傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯、立窯均低，且性價比高，經(jīng)濟效益好，為2l世紀新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)能的發(fā)展打了堅實的基礎(chǔ)。

21世紀為我國預(yù)分解窯大發(fā)展的時期，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，為滿足市場的需求，開發(fā)并興建了大型3000t／d級、4000t／d級、5000t／d級、6000t／d級、10000t／d級系列國產(chǎn)裝備生產(chǎn)線，目前已投入生產(chǎn)的預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線已超過1000臺。預(yù)分解窯熟料產(chǎn)能從2000年的0.64億噸，增至2008年的6.51億噸(水泥產(chǎn)量8.68億噸)，見表l一，這個數(shù)量超出世界七任何一個洲的水泥產(chǎn)量，與此同時我國新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)裝備也大量輸出至海外，占2007年世界興建水泥生產(chǎn)線總產(chǎn)能的35％以上。

2008年我國水泥產(chǎn)能18.7億噸，其中新型干法水泥1l億噸，水泥產(chǎn)量14億噸，人均年消費量超過1050kg，預(yù)分解窯水泥產(chǎn)量約8.68億噸，人均消費量低于670kg，尚有一定的發(fā)展空間。2009年在建水泥生產(chǎn)線418條，產(chǎn)能6.2億噸，另外還有已核準尚未開工的生產(chǎn)線147條，產(chǎn)能2.1億噸，這些生產(chǎn)線全部建成后，預(yù)分解窯水泥產(chǎn)能將達到.3億噸，產(chǎn)能將出現(xiàn)嚴重過剩。為此，水泥工業(yè)將嚴格控制新增水泥產(chǎn)能，執(zhí)行等量淘汰落后產(chǎn)能的原則，對尚未開工水泥項目一律暫停建設(shè)并進行一次認真清理，支持企業(yè)在現(xiàn)有生產(chǎn)線上進行余熱發(fā)電、粉磨系統(tǒng)節(jié)能改造和處置工業(yè)廢物以及城市污泥與垃圾等綜合利用。新項目水泥熟料燒成熱耗要低于105kg標準煤／t熟料，水泥綜合電耗小于90kW?h/t水泥，石灰石儲量服務(wù)年限必須滿足30年以上，廢氣粉塵排放濃度小于50mg／m3(標準狀況)。這意味著國內(nèi)水泥工業(yè)生產(chǎn)將從數(shù)量增加轉(zhuǎn)為質(zhì)量提高，對生產(chǎn)提出更高的要求。同年國際上水泥總量估計為28.6億噸，人均消費總量低于300kg，尚有較大的發(fā)展空間，只有通過技術(shù)進步，才能在國際市場上得到發(fā)展。也就是說，新型干法水泥在今后較長的時期內(nèi)，國內(nèi)還要發(fā)展，而國際上還有更為廣闊的市場，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)必將進一步提高。

二、耐火材料的發(fā)展過程

耐火材料是保證熟料煅燒正常生產(chǎn)的重要原材料，預(yù)分解窯用耐火材料的發(fā)展促進了水泥生產(chǎn)和技術(shù)進展。

在早期試驗研究發(fā)展階段，由于生產(chǎn)線規(guī)模小，使用的耐火材料都是用于傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)材料。20世紀80年代初期，冀東、寧國等大型新型干法生產(chǎn)線引進時，限于當時的技術(shù)水平和國內(nèi)缺乏預(yù)分解窯所需的品種，以至于整條生產(chǎn)線所需的耐火材料及備品全套引進。20世紀80年代中期興建的江西水泥廠2000t／d生產(chǎn)線上使用的耐火材料由中國建筑材料科學(xué)研究院耐火所負責(zé)產(chǎn)品開發(fā)，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院負責(zé)全套燒成生產(chǎn)線耐火襯料的圖紙設(shè)計，首次對全系統(tǒng)進行配套使用，雖然當時材料的品種不全，且性能不夠完善，但在品種開發(fā)、窯襯設(shè)計、工程施工及生產(chǎn)應(yīng)用等方面，取得了不同程度的認識和提高。

隨著預(yù)分解窯生產(chǎn)及技術(shù)發(fā)展，耐火材料的品種和質(zhì)量也隨之提高和完善，產(chǎn)能也相應(yīng)增加，至20世紀90年代中期，形成了耐堿耐火磚系列產(chǎn)品，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，硅酸鈣板及硅藻土系列隔熱材料產(chǎn)品，部分堿性耐火磚系列產(chǎn)品，上述產(chǎn)品在近年來的預(yù)分解窯生產(chǎn)大發(fā)展的過程中，性能得到進一步優(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)的需求。目前，堿性耐火磚可以滿足5000t／d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，高鋁質(zhì)、粘土質(zhì)的材料和耐火澆注料以及隔熱襯料完全滿足12000t／d級及其以下規(guī)模生產(chǎn)線的需求，有些還出口到國外。在此期問，耐火襯料的設(shè)計由初期的全套引進，通過消化吸收、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(dān)不同規(guī)模的全套預(yù)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)在實踐過程中全面提高，目前不僅承擔(dān)國內(nèi)不同規(guī)模的預(yù)分解窯耐火襯料施工圖的設(shè)計，還隨裝備大量出El至國外，可以說在設(shè)計和施工方面已能完全勝任生產(chǎn)發(fā)展的需求。

20世紀90年代中期，在原國家建材局組織下，由研究、設(shè)計、施工、耐火材料制造、水泥生產(chǎn)廠家的有關(guān)人員通過兩年的努力，完成了《水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料的使用規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)的編制，由原國家建材局于1995年8月審定頒布，《規(guī)程》對預(yù)分解窯用耐火材料的生產(chǎn)供應(yīng)、設(shè)計施工和使用維護等各個環(huán)節(jié)都提出了明確的要求，同時明確在全國范圍內(nèi)預(yù)分解窯使用的耐火磚尺寸與國際接軌，采用國際通用的VDZ和磚型。這對延長窯襯的使用壽命，提高熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低能源和耐火材料的消耗量，以及耐火磚的標準化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，便于維護，保護設(shè)備安全，提高水泥生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，起到指導(dǎo)作用，為預(yù)分解窯用耐火材料的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展作出了貢獻。

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)一樣也是從“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(yù)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)在我國迅速的發(fā)展，質(zhì)量和產(chǎn)能不斷提高，從2006年以后5000t／d回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯完成實施國產(chǎn)化配置，一些產(chǎn)品的技術(shù)性能已接近國際先進水平，有些還出口至國外。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5000t／d生產(chǎn)線燒成帶和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)品性能有待進一步提高。此外，適用于工業(yè)廢物作原燃料所生產(chǎn)的高化學(xué)應(yīng)力的耐火材料還有待開發(fā)。

隨著預(yù)分解窯技術(shù)進展和生產(chǎn)能力的進一步提高，與之配套的耐火材料必將取得進展，深信在較短的時間內(nèi)，我國的預(yù)分解窯用耐火材料不僅在數(shù)量上，而且在技術(shù)性能上都將位居世界前列。

河南耐火材料廠 http://www.zzhoudd.com