隨著(zhù)水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷更新和進(jìn)步，水泥窯單條生產(chǎn)線(xiàn)向大型化方向發(fā)展，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)具有窯溫高、窯速快、系統結構復雜、堿等揮發(fā)性組份的侵蝕嚴重等特性，這對水泥窯用耐火材料提出了更加苛刻的要求。不定形耐火材料由于具有性能優(yōu)良、施工方便、節省能源等優(yōu)點(diǎn)在水泥工業(yè)中得到了廣泛應用，占比接近50%左右。然而不定形耐火材料對現場(chǎng)施工質(zhì)量要求較高，容易出現現場(chǎng)加水量過(guò)多，造成澆注料性能下降較快以及烘烤過(guò)程中出現爆裂等問(wèn)題。預制件是將不定形耐火材料定形化，制備工藝介于定形耐火材料和不定形耐火材料之間，性能方面兼具有定形和不定形的優(yōu)點(diǎn)，是不定形耐火材料施工和應用技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)新方向，近幾年得到了快速發(fā)展。本文針對耐火預制件的特點(diǎn)以及在水泥窯中不同部位的應用和性能要求做了概述。

1、耐火預制件的特點(diǎn)及要求

  耐火預制件是將預施工的部位提前劃分成小塊，并設計出合適的形狀，然后按形狀制作模具，再在工廠(chǎng)澆注成型、養護、烘烤完畢后運到現場(chǎng)施工安裝。耐火預制件的應用改變了傳統澆注料的現場(chǎng)澆注施工的方法，使施工簡(jiǎn)便易行，可以省去現場(chǎng)攪拌、澆注或搗打以及所需的相應設備，大大節約了施工時(shí)間，并且使現場(chǎng)施工條件不受施工環(huán)境和季節的影響，更有利于保證施工質(zhì)量。為了便于制作、運輸和安裝，預制件的形狀不能設計過(guò)大和過(guò)于復雜，而且盡可能的統一尺寸，此外需要考慮到塊與塊之間的結合情況，從而增強施工后的一體化效果。施工部位需要清理干凈，否則會(huì )影響耐火預制件的安裝精度和效果。
  
  耐火預制件所用部位多數處于高溫、水泥熟料沖刷、磨損、急冷急熱等惡劣環(huán)境下的特殊部位，容易產(chǎn)生機械變形，需要具有良好的耐侵蝕性能、良好的抗耐磨性和抗高溫氣體沖刷性以及優(yōu)異的抗熱震穩定性。要達到使用性能要求，原材料配比是基礎，這與澆注料的要求類(lèi)似，但澆注料需要注重施工后至使用條件整個(gè)溫度區間內的性能，而耐火預制件作為采用澆注料制備出的定形產(chǎn)品，注重烘烤后的性能即可。不少生產(chǎn)廠(chǎng)家列出了不同溫度條件的預制件性能指標，實(shí)際上對于水泥廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)參考意義不大。鑒于此種情況，耐火預制件所用原料及配比可以在澆注料的基礎上進(jìn)行調整，需要更加關(guān)注烘烤后的性能。
  
  水泥窯關(guān)鍵部位耐火材料在施工過(guò)程中需要較高的施工質(zhì)量，而在水泥窯檢修期間，一般工期較短，現場(chǎng)澆注施工質(zhì)量難以保證，施工質(zhì)量的好壞對耐火材料的使用壽命有很大的影響。加水量的增加會(huì )使澆注料的氣孔率增大，強度降低，并嚴重影響澆注料的耐磨性能。澆注料施工完畢，必須有一定的養護時(shí)間，養護完成后還必須進(jìn)行烘烤處理，否則容易爆裂。

耐火預制件由于制作過(guò)程在生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行，可以克服現場(chǎng)施工時(shí)間緊迫、環(huán)境季節溫度變化、現場(chǎng)施工管理等因素產(chǎn)生的不利影響，經(jīng)過(guò)充分的養護和嚴格的烘烤能夠保證施工質(zhì)量，大幅降低因施工不規范造成的質(zhì)量問(wèn)題，使耐火材料的性能得以充分發(fā)揮。安裝后直接點(diǎn)火使用，縮短了檢修時(shí)間，能夠創(chuàng )造良好的經(jīng)濟效益。

2、水泥窯不同部位對預制件的性能要求

   2.1篦冷機矮墻及頂部預制件 

   篦冷機所處位置特殊，煙氣成分復雜，溫度高，風(fēng)速大，煙氣含塵多為水泥熟料小顆粒，不僅量大而且硬度大，對耐火材料的侵蝕及沖刷磨損嚴重，因此篦冷機中超溫或燒穿現象十分普遍，因此該部位耐火材料的合理選擇及施工質(zhì)量至關(guān)重要。此部位的預制件通常采用高鋁礬土、碳化硅等為骨料，以鋁酸鈣水泥為結合劑，添加超微粉、外加劑，并摻加一定量的耐熱鋼纖維，按照低水泥澆注料施工規范制作成合適形狀的預制件[3].預制件的形狀尺寸和結構形式與其使用部位有關(guān)系。對于篦冷機矮墻用預制件來(lái)說(shuō)，為提高矮墻結構的穩定性，每塊預制件的上下表面分別帶有溝槽或凸舌。通過(guò)舌、溝之間的結合，限制了各砌塊之間的滑動(dòng)，提高了砌體結構的整體性和穩固性。對于篦冷機頂部，特別是一段高溫區域，預制件可以通過(guò)錨固件與頂部進(jìn)行焊接或螺栓連接，也可以通過(guò)直接采用懸掛在鋼板上的方式進(jìn)行連接，施工效果見(jiàn)圖1，篦冷機矮墻及頂部預制件的典型性能指標見(jiàn)表1。
  

圖1篦冷機頂部預制件施工效果圖

2.2三次風(fēng)管彎道預制件 

 

水泥窯三次風(fēng)管彎道內襯不僅需要承受飽含大量細顆粒熟料的高速三次風(fēng)氣流的沖刷，而且還要承受在800~1200℃工作溫度條件下嚴重的堿腐蝕，造成內襯經(jīng)常剝落。三次風(fēng)管彎道內襯所用的耐磨材料經(jīng)歷了高鋁澆注料、莫來(lái)石剛玉澆注料以及高耐磨磚與莫來(lái)石剛玉澆注料組合而成的框架結構等一系列發(fā)展歷程，而目前多數采用以剛玉和碳化硅為主要材質(zhì)的超高強耐磨澆注料，在三次風(fēng)管彎道處的使用效果較好[5]。在制備三次風(fēng)管彎道預制件的過(guò)程中，預制件形狀尺寸需要考慮風(fēng)管直徑大小，將預制件形狀設計成帶弧狀的楔形結構，有利于增強塊與塊之間的結合緊密程度[6]。根據預制件的工作溫度條件，采用超低水泥和超微粉復合結合的方式，主要著(zhù)力于提高預制件在工作條件下的性能。國內部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的三次風(fēng)管彎道預制件的外觀(guān)和典型性能指標分別見(jiàn)表2，圖2。

表2三次風(fēng)管彎道預制件性能指標

2.3三次風(fēng)管閘板預制件 

 

在新型干法水泥窯中主要通過(guò)調節三次風(fēng)管閘板的開(kāi)合度，從而調節回轉窯內的風(fēng)量并保證分解爐內煤粉充分燃燒所需的氧含量。閘板在使用中始終受到高溫高速氣流的正面沖擊，煙氣流速高，并且含塵濃度大，所含顆粒的硬度高，通常閘板容易產(chǎn)生嚴重磨損。三次風(fēng)管閘板預制件在結構方面采用優(yōu)質(zhì)的耐熱鋼作為骨架，并焊接上錨固件，確保閘板在高溫條件下不變形，施工過(guò)程如圖3所示。在耐熱鋼和錨固件表面涂刷瀝青漆后采用添加有鋼纖維的剛玉莫來(lái)石澆注料進(jìn)行澆注成型，既能使澆注料和錨固件緊密的形成整體，也為兩者之間的應力緩沖提供了一定空間。為了降低高溫烘烤對鋼結構性能的影響，三次風(fēng)管閘板預制件的整體烘烤溫度比水泥窯其他部位使用的預制件要低，滿(mǎn)足充分排除結合水和提高強度的要求，三次風(fēng)管閘板預制件的典型性能指標如表3所示。

表3三次風(fēng)管閘板預制件的性能指標

圖3三次風(fēng)管閘板預制件鋼結構施工圖

2.4窯頭罩預制件

 

窯頭罩位于回轉窯的排料端，噴煤管穿過(guò)窯頭置伸入窯口內，隨著(zhù)回轉窯向大型化方向發(fā)展，窯頭罩內跨度也越來(lái)越大，受沖刷、冷熱突變頻繁和熱震的作用，使用條件十分苛刻。此部位的內襯通常采用莫來(lái)石和碳化硅作為主要材質(zhì)，設計成預制件的方法，與定形產(chǎn)品相比可以滿(mǎn)足復雜形狀制作的要求，并且能夠保證預制件不同部分的均勻性和致密度，與不定形產(chǎn)品相比能夠給予充分的養護和烘烤時(shí)間，實(shí)現快速安裝，免受水泥廠(chǎng)施工環(huán)境影響，國內某廠(chǎng)家生產(chǎn)的窯頭罩預制件形狀外觀(guān)和性能指標分別見(jiàn)表4和圖4。此外采用預制件的方式更有利于形成重質(zhì)輕質(zhì)密度梯度復合的結構形式，重質(zhì)部分作為工作層，主要起結構強度支撐作用，輕質(zhì)部分作為保溫隔熱層，主要起降低熱量散失的作用，避免了采用定形壓制方法和不定形澆注方法產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。

表4窯頭罩預制件性能指標

圖4窯頭罩預制件外觀(guān)

3、結語(yǔ) 

   水泥窯用耐火預制件的原料及配比可以參考所使用部位的澆注料，外形根據現場(chǎng)使用條件采用個(gè)性化設計，在成型、烘烤等環(huán)節方面采用工廠(chǎng)化和規?；a(chǎn)，需要更注重烘烤后的性能指標。耐火預制件與澆注料相比，對保質(zhì)期和環(huán)境條件的要求較低，具有更加優(yōu)異的整體穩定性和適應性，能夠顯著(zhù)地縮短水泥窯施工時(shí)間，提高維修效率，有效延長(cháng)耐火材料的使用周期，在篦冷機、三次風(fēng)管、窯尾煙室等部位都取得了良好的使用效果，預計將來(lái)耐火預制件在水泥窯中的使用范圍會(huì )進(jìn)一步擴大。