水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒水泥熟料時，窯內(nèi)必須設(shè)置耐火耐高溫的耐火磚，磚的形狀尺寸標準涉及磚的制造、設(shè)計、選型計算、砌筑質(zhì)量和進度、生產(chǎn)運行工況、耐火磚使用周期、磚耗以及窯運轉(zhuǎn)率和產(chǎn)量、熟料、水泥產(chǎn)品質(zhì)量、倉儲數(shù)量和生產(chǎn)成本，是所有回轉(zhuǎn)窯耐火磚標準中涉及面最廣、最基礎(chǔ)、最為關(guān)鍵的標準。

1、VDZB、ISOπ/3、C系列耐火磚?

長時期以來，國內(nèi)外水泥窯使用的耐火磚磚型主要有兩種標準，即窯前端高溫部位堿性磚采用德國制定的VDZB型標準，而窯中后端鋁硅質(zhì)磚采用國際標準，即ISOπ/3型標準。為向國際先進技術(shù)學(xué)習(xí)，我國水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯耐火磚形狀尺寸的行標、國標和國際標準一致，但磚的尺寸精度受裝備制造影響，仍有一定差距，影響耐火磚的運行周期。歷經(jīng)30余年的實踐優(yōu)化和提高，提出C系列耐火磚標準，對磚的形狀尺寸、制造精度、砌筑均作出優(yōu)化，情況如下。?

VDZB型系列磚的等中間平均尺寸為71.5mm，優(yōu)點是磚尺寸整數(shù)多、等容積、等重量，便于磚體設(shè)計、計算、磚型制造和施工。B型磚大小端尺寸與π值無關(guān)，施工必須用鎖縫磚，影響施工速度。磚的容積小，磚體內(nèi)磚縫多，有利于消納和減緩磚體受熱膨脹產(chǎn)生的熱機械應(yīng)力，缺點是磚容積和部份磚的錐角小，磚體內(nèi)磚縫多，在直徑較大的窯上，運行中易掉磚紅窯。為防止掉磚紅窯事故，一些水泥公司在大直徑窯上使用的堿性磚，因無其他磚型系列取代，被迫用容積大的ISOπ/3系列磚，但又帶來磚的重量偏重，砌筑時工人易疲勞而影響施工質(zhì)量和進度。?

ISOπ/3系列磚的大端尺寸與π值關(guān)聯(lián)，均為103mm。砌筑時鎖縫磚用量少。缺點是磚的容積偏大，適用于容重輕的黏土質(zhì)鋁硅質(zhì)磚。ISOπ/3系列磚的容積和重量不等，磚系列中，相當數(shù)量磚的小端尺寸為非整數(shù)，生產(chǎn)制造、設(shè)計計算、施工均不方便。此外，若用于容重大的鋁硅質(zhì)磚或堿性磚，則單磚過重，施工時工人易出現(xiàn)疲勞，影響施工質(zhì)量。?

VDZB和ISOπ/3系列磚的大端邊長和錐角設(shè)計特點是磚與窯筒體接觸面大端邊長與其錐角大致成正比，磚的大端數(shù)值增大，則錐角也增大。此外，為易于砌筑磚體，不同高度系列的磚均配置較多的(2°)小錐角磚，優(yōu)點是磚型系列完整，易于砌筑。缺點是砌體內(nèi)，小錐體磚在生產(chǎn)運行時，易掉磚紅窯。此外，磚系列的數(shù)量多，不便于制造設(shè)計計算和施工。?

近些年來，我國水泥產(chǎn)能大幅增加，窯直徑越來越大，水泥窯煅燒低品位原燃料及消納工業(yè)廢棄物的數(shù)量越來越多，窯內(nèi)磚所承受的堿、氯、硫侵蝕越來越重，抗化學(xué)應(yīng)力強且容重大的硅莫磚、碳化硅磚取代容重輕、抗化學(xué)能力差的黏土質(zhì)、高鋁質(zhì)耐火磚。VDZB、ISOπ/3系列磚一個容積偏小，單磚重量偏輕，掉磚事故偏多。另一個偏大，單磚偏重，難以滿足生產(chǎn)需求，國內(nèi)有識之士提出了C系列磚系列標準。?

C系列磚的等中間尺寸為π/4=78.5mm，該尺寸結(jié)合VDZB型磚等中間尺寸的優(yōu)點，即磚的大小端尺寸整數(shù)多，等容積、等重量，同時還將it值引用到等中間尺寸上，砌筑時鎖縫磚用量少，加快了砌筑進度。?

C型系列磚等中間尺寸較B型磚大約10%，比ISOπ/3磚平均小約20%，磚的容積不僅滿足堿性磚在大直徑窯的需求，也適合抗化學(xué)應(yīng)力強鋁硅質(zhì)耐火磚的應(yīng)用。此外，磚型系列中大錐角多且小錐角少，尺寸精度有所提高，砌筑較牢固，運行時掉磚紅窯也少些。每塊磚的容積和重量相等，且整數(shù)值多，便于設(shè)計計算、制造和施工。?

國內(nèi)使用的耐火磚磚形尺寸精度受裝備制造的影響，現(xiàn)有耐火磚在大型窯施工時，經(jīng)常出現(xiàn)兩種磚型配比失調(diào)造成浪費和停工待料影響施工進度問題，襯磚在運行過程中，掉磚紅窯事故、堿氯硫等有害化合物的熔融體和氣體透過磚縫對窯筒體產(chǎn)生腐蝕等損壞問題。針對上述問題，C系列磚在磚型錐角設(shè)計、大小端邊尺寸以及磚縫尺寸的精度，單磚平面度和二磚結(jié)合的貼合度，10塊磚的累計弧長的精度等，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝裝備技術(shù)水平和砌筑實踐經(jīng)驗，相應(yīng)作出了規(guī)定，十分有利于緩解砌筑和生產(chǎn)過程中存在的問題。?

2、C系列耐火磚性能特點?

2.1等中間尺寸和π值結(jié)合?

C系列耐火磚吸取了ISOπ/3磚系列的π值，又吸取了VDZB型磚的等中間尺寸的特點。每塊磚的容積相等，且大小端尺寸整數(shù)多，便于設(shè)計計算、制造和施工。大小端尺寸與值關(guān)聯(lián)，易在整環(huán)磚體砌筑配比時形成整數(shù)塊，減少鎖縫磚數(shù)量，有利于加快施工進度。此外，等中間尺寸78.5mm，容積較VDZB型磚大約10%，有利于大直徑窯上砌筑。比ISOπ/3磚型小約20%，也有利于抗堿氯硫化合物容重較重的鋁硅質(zhì)耐火磚的應(yīng)用。?

2.2解決大直徑耐火磚窯砌筑時，配比失調(diào)的問題?

窯內(nèi)耐火磚砌筑時，耐火磚的數(shù)量與窯直徑有關(guān)。窯徑越大，襯砌的耐火磚數(shù)量越多。5000t/d級窯直徑為4.8m，—圈需耐火磚為180塊，現(xiàn)標準規(guī)定單磚大小端誤差為±1.0mm，累計最大誤差為±180mm。C系列磚的大邊尺寸為81.5mm~84mm，在砌筑時會遇到困難，通常的方法是調(diào)整配比，其結(jié)果是某種磚型數(shù)量不夠，另一種偏多，若備料少則出現(xiàn)停工待料、影響砌筑進度。減緩的辦法是多備些磚，由于堿性磚不易儲存，造成浪費，針對此問題，C系列磚標準提出解決辦法是：?

(1)將現(xiàn)標準規(guī)定的單磚大小端尺寸誤差從±1.0mm降至±0.5mm。?

(2)控制10塊磚累計圓弧長度誤差值。規(guī)定液壓機生產(chǎn)的堿性磚≤3.0mm，摩擦壓力壓磚機生產(chǎn)的鋁硅系列磚≤6.0mm。?

φ4.8m窯一圈180塊，單磚尺寸精度優(yōu)化，累計最大誤差將從±180mm降至±90mm。若考慮10塊磚累計誤差值，堿性磚將降至±54mm。鋁硅磚受現(xiàn)有裝備影響，仍為±90mm，還會出現(xiàn)比例失調(diào)。為減小累計誤差，標準增加了備注說明：砌筑時，兩塊磚的偏差方向相反，最好一塊磚正偏差，另一塊最好是負偏差，可以減少兩塊磚的累計誤差值。?

上述情況表明，C系列磚可以做到減少施工備料量，加快施工進度。?

2.3增強襯體強度，減少掉磚紅窯事故?

2.3.1適當減少磚縫，確定合適的耐火磚錐角?

窯內(nèi)高溫部位使用的C系列磚，容積較VDZB型磚增大約10%，磚縫數(shù)量減少10%。此外，磚型設(shè)計時沒有采用磚的大端尺寸增大，則大錐角增大的規(guī)律。而是采用國內(nèi)生產(chǎn)實踐認為可靠的錐角，還適當增大小錐角磚的錐角尺寸，減少運行時的掉磚紅窯事故。?

2.3.2控制兩塊磚的貼合度間隙?

為減緩掉磚紅窯事故，C系列磚不僅對單磚的平面值提出±0.5mm的精度要求，而且對兩塊磚的貼合度提出了要求，兩塊磚砌筑時中間間隙過大，會造成不緊密，產(chǎn)生掉磚。特別是現(xiàn)大量使用由摩擦壓機制造精度較差的鋁硅材質(zhì)硅莫磚的掉磚幾率非常高。若是鎂磚出現(xiàn)過大間隙，使用砌筑磚機砌筑時，可能在鎖縫時因頂磚壓力造成耐火磚斷裂，上述兩種情況砌筑時不易發(fā)現(xiàn)，最終造成掉磚紅窯。?

上述措施，將較大幅度降低掉磚紅窯事故，滿足大直徑窯的磚體砌筑需求。?

2.4可操作性強?

(1)本標準經(jīng)計算，列出干、濕兩種磚的施工配比，供設(shè)計、施工人員結(jié)合現(xiàn)場實際靈活選用，有利于設(shè)計、磚型制造、現(xiàn)場施工，實用價值較高。?

(2)C系列磚的單磚長度均為198mm，即每米5環(huán)，不同窯徑使用的C系列磚的高度均與VDZB、ISOπ/3型磚相等。

(3)三種磚型的施工規(guī)范一致，且高度和長度均一致。在窯內(nèi)砌筑時，既可單獨使用，也可與原有的型磚混砌。既可整體施工，也可用于修補，在推廣應(yīng)用過渡期，新、舊磚標準銜接時適用性強。?

2.5可靠性?

標準是在現(xiàn)行標準基礎(chǔ)上的創(chuàng)新、優(yōu)化與完善，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)C系列磚只需更換模具便可，砌筑與驗收均執(zhí)行現(xiàn)有規(guī)范，推廣應(yīng)用不存在任何障礙。通過10年以上近40臺不同g徑回轉(zhuǎn)g上的實際應(yīng)用得到驗證。?

2.6耐火磚砌筑智能化?

C系列磚容積較適合堿性磚對窯徑的需求，取代VDZB型磚，又滿足現(xiàn)容重2.5kg/dm3~2.7kg/dm3的硅莫紅、碳化硅磚的重量需求，可取代ISOπ/3磚?，F(xiàn)已有水泥企業(yè)計劃在標準發(fā)布后，在窯內(nèi)進行統(tǒng)一磚型試驗，為今后耐火磚砌筑智能化作準備。?

3、生態(tài)效應(yīng)優(yōu)良?

近年來，水泥工業(yè)發(fā)展的趨勢是大量使用低品位原燃料，消納工業(yè)廢棄物和生活垃圾，水泥工業(yè)已成為清潔生產(chǎn)重要的一環(huán)。一些堿氯硫等有害化合物也隨之進入窯內(nèi)。隨窯料加熱運行，在高溫部位，部份化合物揮發(fā)，隨煙氣返回至窯尾低溫部位，隨后冷凝成熔體化合物，并隨窯料運行至窯頭，形成堿氯硫循環(huán)。在此過程中，這些化合物不僅對直接接觸的耐火磚進行腐蝕，而且透過磚縫對金屬窯筒體進行腐蝕損壞，造成重大損失。?

3.1確?？箟A氣硫腐蝕的高致密度特種高鋁質(zhì)耐火磚的施工和應(yīng)用?

減少堿氯硫腐蝕耐火磚的途徑是采用高致密度的特種硅鋁質(zhì)耐火磚，如硅莫磚、碳化硅等，但此類磚容重為2.5kg/dm3~2.7kg/dm3，而VDZB型磚型尺寸太小，易掉磚紅窯，而采用ISOπ/3磚，則重量偏重，影響施工進度和質(zhì)量。而C系列磚容積正好在兩種標準磚型之間，施工方便，施工進度和質(zhì)量均有提高，且有利于窯的運行周期。確保水泥窯的清潔生產(chǎn)。?

3.2控制磚縫精度，減少堿氯硫等化合物對金屬筒體的磨蝕?

為減少筒體腐蝕，較好的辦法是控制耐火磚的制造精度，適當減少磚縫尺寸。?

C系列磚對單塊磚大小端尺寸精度、單磚平面度、兩塊磚貼合度以及10塊磚的圓弧長度和差值均提高了精度控制值，必將減少磚體內(nèi)磚和磚之間的縫隙，減少有害化合物的固熔體和煙氣對耐火磚側(cè)面和金屬筒體的腐蝕。?

4、工業(yè)試驗情況?

C型系列磚是在2004年提出的，十多年來，在近40條不同窯徑生產(chǎn)線上進行小批量試用，并在運行中多次完善。另一方面，大量查詢資料，進行對比分析，掌握了德國等工業(yè)化國家水泥窯使用VDZB、VDZA、ISOπ/3磚發(fā)展和優(yōu)化過程，以及不同系列磚的技術(shù)特點，不同窯徑內(nèi)系列磚的高度、大小端尺寸、錐角、重量、磚尺寸尾數(shù)的確定原則，并對磚縫、熱膨脹應(yīng)力補償進行分析，以及鎖磚的應(yīng)用進行探討，還對窯內(nèi)襯磚所承受的熱化學(xué)、熱機械應(yīng)力進行分析。在耐火磚制造、筑爐施工以及生產(chǎn)運用的實踐基礎(chǔ)上，2016年9月組織耐火磚生產(chǎn)制造廠家、筑爐公司、水泥生產(chǎn)廠和水泥設(shè)計研究院等有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進行討論，一致認為C系列磚試用條件已經(jīng)成熟，決定在海螺集團和良友筑爐公司進行驗證，在5000t/d級及其以下產(chǎn)量的多條預(yù)分解窯進行生產(chǎn)實踐。證實C系列磚在窯上使用配比合理，完全適合我國現(xiàn)有大型水泥預(yù)分解窯砌筑的需求，試用取得良好效果。?

實踐與驗證于2016年10月開始準備，2017年1月進入窯內(nèi)試用，到2019年11月底為止，分別在三家熟料基地7臺回轉(zhuǎn)窯上工況較苛刻的9個部位進行了筑爐使用與長時間驗證，試驗結(jié)果是燒成帶堿性磚運行周期達22~28個月，非堿性磚運行周期為24個月，均比原有的VDZB、ISOπ/3周期長，取得了較好效果。

多條奮試用不同尺寸、不同錐角的C系列耐火磚均取得成功，證實C系列標準磚是完全適用現(xiàn)有的耐火磚施工規(guī)范，三種磚體高度和長度均相等，砌筑時可相互搭配，既可整體砌筑，又可小面積修補。適用性強，生產(chǎn)運行沒有出現(xiàn)抽簽、擠壓變形、擠碎掉磚紅窯事故。窯內(nèi)相同材質(zhì)的三種不同尺寸磚型所承受的熱、熱化學(xué)、熱機械應(yīng)力相似。生產(chǎn)運行均正常，沒有出現(xiàn)大的波動，運行工況長期保持平穩(wěn)，都能滿足且超過預(yù)定的生產(chǎn)周期，完全達到驗證標準的要求，C型堿性磚使用周期達到了超預(yù)期效果，且非堿性磚的使用周期也有延長，可大量推廣應(yīng)用。?

項目已于2019年11月通過審定，現(xiàn)呈報主管審批、發(fā)布。?

5、預(yù)期經(jīng)濟效果?

預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中，磚體損壞或掉磚紅窯與襯體質(zhì)量、形狀、精度及砌筑牢固性有關(guān)，更與煅燒使用的原燃料和工藝工況及裝備情況有關(guān)，也與襯磚所承受的熱、熱化學(xué)、熱機械應(yīng)力、筒體形變等因素直接關(guān)聯(lián)，很難在一臺窯上取得直接經(jīng)濟效果，必須長期運行才能得出經(jīng)濟效益。?

預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中，操作管理人員普遍認為，窯內(nèi)耐火磚牢固，有利于窯的工況正常，也有利提髙熟料的產(chǎn)、質(zhì)量，減少生產(chǎn)熱耗。在30余臺小批量試用過程中，C系列磚的試用效果均得到肯定，在7臺5000t/d窯的試驗來看，在窯內(nèi)易損壞火磚的燒成帶，輪帶下筒體易變形部位、后過渡帶沒有窯皮部位，C系列磚比VDZB、ISOπ/3系列磚運行周期分別長約5個月、8個月和7個月，后過渡帶也長得多，充分反映出C系列磚的優(yōu)良性能，十分有利于提高熟料產(chǎn)質(zhì)量和降低熱耗，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。?

7臺生產(chǎn)線上試驗證實，C系列磚節(jié)省砌筑時間，減少磚的消耗，提高砌筑質(zhì)量，較大幅度延長窯的運行周期，降低單位熟料熱耗。未來在全國所有的預(yù)分解窯上推廣應(yīng)用，總體經(jīng)濟效果將相當可觀，且年年都有，推廣應(yīng)用越成熟，效果越好，保守估計的總體情況大致如下：?

(1)減少了砌筑、鎖磚過程的選磚、配磚程序，提高了勞動效率。節(jié)省砌筑時間，每臺窯年平均按一次檢修為準，全國每年節(jié)省費用近2000萬元以上。?

(2)經(jīng)多臺窯試驗，運行周期均大幅延長，保守估計平均每公斤熟料降低6.27J(1.5cal)以上，一臺5000t級回轉(zhuǎn)窯，年節(jié)約煤400t以上。一臺窯節(jié)省的煤不算多，若全國大量推廣應(yīng)用，按我國年產(chǎn)熟料約13億噸估算，全年節(jié)約煤約30萬噸以上，估計價值在1.5億元以上。?

(3)磚型尺寸合理，且精度控制要求高，磚的小錐角有所增大，且單磚精度有所增加。減少了窯在運轉(zhuǎn)過程中，抽簽、掉磚紅窯而被迫停窯的事故。7臺窯的試驗證實，在回轉(zhuǎn)窯的所有部位，C系列磚運行周期均延長。按全國上千條水泥預(yù)分解每年使用C型磚后，年減少20~40條生產(chǎn)線的掉磚紅窯事故估算，在現(xiàn)有生產(chǎn)情況下，每臺窯出現(xiàn)紅窯事故按3d停窯影響計算，年減少約12萬噸~25萬噸熟料損失，相應(yīng)減少2000萬元/年~4000萬元/年的損失。?

(4)耐火磚型尺寸簡化，有利于各生產(chǎn)廠家之間相互配合使用，減少倉儲數(shù)量，按每臺窯平均年節(jié)約3000元~5000元計算，全國年節(jié)省約500萬元~800萬元。?

(5)施工中鎖磚鋼板使用量將減少，鎖磚鋼板每環(huán)價格按10元計，全國的回轉(zhuǎn)窯一年將節(jié)省約400萬元。?

(6)磚的使用周期延長所增加熟料產(chǎn)、質(zhì)量的價值，難以估算，粗略估計年產(chǎn)值約數(shù)千萬元，今后待大批量應(yīng)用后進行總結(jié)。?

(7)磚型制造和磚縫尺寸精度的控制，將減少堿氯硫等有害化合物對窯筒體的磨蝕。更換窯筒體耗時長、費用高，對生產(chǎn)影響大，有待今后總結(jié)。?

6、結(jié)束語?

長時期以來，我國水泥預(yù)分解窯內(nèi)耐火磚形狀尺寸采用國外VDZB和ISOπ/3系列磚磚型標準。近些年來，隨著我國水泥產(chǎn)能大幅增加，窯直徑越來越大，以及水泥窯煅燒低品位原燃料和消納工業(yè)廢棄物的數(shù)量越來越多。上述標準難以滿足生產(chǎn)需求，出現(xiàn)了C系列磚型系列標準。?

C系列磚型標準是在長期生產(chǎn)實踐中得來的，既保持上述兩種標準磚型的優(yōu)點，又減緩使用存在的一些缺陷，對磚型尺寸進行優(yōu)化，且提高了制造精度，將十分有利于磚的制造、倉儲、設(shè)計計算、施工方便、砌筑磚體牢固、提高窯的運轉(zhuǎn)率、延長了運行時間，降低窯的運行成本等。?

標準的制定和實施，既滿足我國預(yù)分解窯的技術(shù)進展，又優(yōu)于現(xiàn)有的國際標準的磚形尺寸，且制造精度有較大提高，滿足窯徑大型化及鍛燒工業(yè)廢棄物的需求，且在推廣應(yīng)用中，為行業(yè)創(chuàng)造重大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，必將促進我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展。為促進大型預(yù)分解窯用耐火磚的合理應(yīng)用作出了努力。表明中國不但在水泥工業(yè)預(yù)分解窯產(chǎn)量和耐火材料用量高居世界首位，而且水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)也在快速發(fā)展。

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