水泥窯用耐火材料品種，隨著水泥生產(chǎn)工藝技術進步，從單一品種發(fā)展為多品種，一般可分為硅鋁質(zhì)磚、堿性磚、隔熱耐火材料、耐火澆注料和各種火泥。隨著新型干法水泥生產(chǎn)技術的發(fā)展及環(huán)境保護的日益嚴格要求，對預分解窯全窯系統(tǒng)的耐火磚、隔熱材料、澆注料及其錨固件等都提出許多新的要求，推動了耐火材料工業(yè)的技術發(fā)展。如：窯徑增大使窯襯內(nèi)單位熱負荷增加；窯速增快，使窯內(nèi)襯熱震應力增大；高質(zhì)量熟料硅酸鹽礦物增多，煅燒溫度提高，窯內(nèi)襯料易受過熱損壞和熔蝕。鎂鉻磚窯內(nèi)使用時，在堿(或硫)的作用下，穩(wěn)定的3價鉻轉(zhuǎn)化為氧化能力極強的6價鉻，污染水源，對人體造成傷害，國內(nèi)外環(huán)保部門已提出限制生產(chǎn)和使用。鑒于以上狀況，20世紀90年代以來，耐火材料工業(yè)通過技術創(chuàng)新，已推出許多環(huán)保性能兼?zhèn)涞男滦彤a(chǎn)品，逐步使用如尖晶石鎂磚、白云石磚、高溫硅酸鹽鈣板、抗結皮SiC澆注料等，以滿足新型干法生產(chǎn)和環(huán)保的需求。? ???

1硅鋁質(zhì)磚

?(1)粘土磚?

又稱粘土質(zhì)隔熱磚，由耐火粘土制成，氧化鋁含量在30％一48％的硅酸鋁質(zhì)耐火制品，是最普通的耐火材料。

粘土磚的特點是：耐磨性好，導熱系數(shù)小，熱脹冷縮性小，因此熱震穩(wěn)定性好，但耐高溫耐化學侵蝕性差，一般使用在回轉(zhuǎn)窯的干燥帶、預熱帶、分解帶及冷卻機內(nèi)。近年來，許多國家研制了特種粘土磚，以使其保持抗堿侵蝕的前提下，提高其耐火度。

(2)高鋁磚

高鋁磚為氧化鋁含量在48％以上的硅酸鋁質(zhì)耐火材料，通常分為三類：

一級高鋁磚：A12O3含量＞75％；

二級高鋁磚：A12O3含量60％一75％；

三級高鋁磚：A12O3含量48％一60％。

隨著氧化鋁含量的增加，高鋁磚中的主要晶相莫來石和剛玉的數(shù)量增加，玻璃相相應減少，制品的耐火性則隨之提高。

高鋁磚與粘土磚相比，耐火度高，荷重軟化溫度高，抗剝落性、導熱性、機械強度、抗化學侵蝕性都比較好，可用于回轉(zhuǎn)窯過渡帶后部、冷卻帶及冷卻機內(nèi)。近年來，許多國家研制了剛玉磚、耐熱震高鋁磚及高強高鋁磚等新品種，主要在于降低顯氣孔率，提高抗液相侵蝕、堿鹽侵蝕和耐磨蝕能力。

①磷酸鹽結合高鋁磚和磷酸鋁結合高鋁質(zhì)耐磨磚

磷酸鹽結合高鋁磚(簡稱磷酸鹽磚，牌號為P)，是以濃度42.5％一50％的磷酸溶液作為結合劑，集料采用回轉(zhuǎn)窯1600℃以上煅燒的礬土熟料。在使用過程中，磷酸與磚面燒礬土細粉和耐火黏土相反應，最終形成以方石英型正磷酸鋁為主的結合劑。

磷酸鋁結合高鋁質(zhì)耐磨磚(簡稱耐磨磚，牌號為PA)是以工業(yè)磷酸、工業(yè)氫氧化鋁配成磷酸鋁溶液作為結合劑，其摩爾比為A12O3：P2O5=1：3.2，采用的集料與磷酸鹽磚相同。在磚的使用過程中，同磷酸鹽磚一樣形成方石英型正磷酸鋁為主的結合劑。

兩種耐火磚雖然都是使用相同集料，機壓成型，經(jīng)500℃左右熱處理所得的化學結合耐火制品，使用中最終形成的結合劑也是一樣。但是，由于其制作工藝不盡相同，而顯示了各具特色的性能。例如，磷酸鹽磚的集料顆粒組成中，采用了相當多的5—10mm的燒礬土，磚的顯氣孔率較大，經(jīng)同樣溫度處理后，磚的彈性模量較耐磨磚低得多，熱震穩(wěn)定性良好。而耐磨磚采用的礬土集料顆粒＜5mm，并直接采用磷酸鋁溶液作為成型結合劑，壓制也較密實，所以顯示出更高的強度和耐磨性能，但熱震穩(wěn)定性則較差。因此，磷酸鹽磚適合于回轉(zhuǎn)窯的過渡帶、冷卻帶。耐磨磚主要用于窯口及冷卻機。

②抗剝落高鋁磚

抗剝落高鋁磚是由高鋁礬土熟料和鋯英石為原料，按一定配比，加壓成型，經(jīng)1500℃煅燒而成。少量ZrO2的引入，在高鋁磚內(nèi)ZO2呈單斜與四方型之間的相變，導致微裂紋的存在，改善了高鋁磚的熱震穩(wěn)定性，因此抗剝落高鋁磚具有良好的抗熱震穩(wěn)定性能，還有低導熱，高荷軟、耐堿的性能。

③化學結合高鋁磚

化學結合高鋁磚主要原料為高鋁礬土熟料，選人多種添加物，加壓成型，再經(jīng)干燥、熱處理即成。化學結合高鋁磚的特性為強度高、荷軟高和抗熱震穩(wěn)定性好。

2? 耐堿磚

在預熱器窯、窯外分解窯和立波爾窯生產(chǎn)水泥熟料時，由于原料和燃料中鉀、鈉、氯、硫生成堿的硫酸鹽和氯化物等組分的揮發(fā)凝聚，反復循環(huán)，導致在窯料中這些組分的富集，使預熱器內(nèi)的窯料和窯氣中R2O、A12O3和Cl^－含量大增，對普通粘土磚、高鋁磚侵蝕嚴重。堿化合物的侵蝕，形成膨脹性鉀霞石、白榴石等，使粘土磚、高鋁磚破裂損壞，所以在預熱器等堿侵蝕嚴重部位必須采用耐堿磚。耐堿磚中A12O3的含量，必須嚴格控制在30％左右。大型水泥窯窯筒的人料區(qū)段，表面散熱損失大，而且對襯磚的要求具有良好的耐堿性，故采用耐堿隔熱磚。耐堿隔熱磚是利用半硅質(zhì)原料，以化學結合不燒工藝生產(chǎn)而得，它具有高強、隔熱效果好和抗堿侵蝕能力強的特性。

耐堿粘土磚由于在水泥窯中用于不同部位，各個部位要求不同的理化性能，因此，它分為普通型、高強型、拱頂型和隔熱型四種。

3碳化硅磚

碳化硅質(zhì)制品是以碳化硅(SiC)為主要原料，加入不同的結合劑制得的耐火材料。碳化硅的高溫強度大，導熱率高，熱膨脹系數(shù)小，熱震穩(wěn)定性好，還具有極好的耐磨性和耐蝕性，是非常好的窯爐材料。

4堿性磚

水泥回轉(zhuǎn)窯所用的堿性磚品種有普通鎂鉻磚、半直接結合鎂鉻磚、化學結合不燒鎂磚、尖晶石鎂磚、白云石磚、鎂鋯磚等。堿性磚主要用于水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶、過渡帶，具有較高的荷重軟化溫度，在高溫下體積比較穩(wěn)定；又由于它的化學性質(zhì)呈堿性，所以抗水泥熟料的侵蝕能力較強。其缺點是對溫度的急變比較敏感，抗熱震穩(wěn)定性較差，但水泥窯燒成帶在正常情況下均掛有200—300mm厚的窯皮，起保護作用，只要保持著窯皮，就能彌補堿性磚抗熱震穩(wěn)定性差的弱點。因此，堿性磚是一種較為合適的水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶窯襯材料。

(1)普通鎂鉻磚、半直接結合鎂鉻磚、直接結合鎂鉻磚

在燒成帶，窯襯要受熱應力、機械應力、化學侵蝕三個條件的破壞，因此該帶的窯襯要求比較嚴格。鎂鉻磚具有耐火度高、抗堿性化學侵蝕性好等優(yōu)點，在水泥窯燒成帶等部位廣泛使用。

普通鎂鉻磚、半直接結合鎂鉻磚、直接結合鎂鉻磚三種磚的原料均為菱鎂礦石和鉻鐵礦，將它們按適當比例配制成配合料，經(jīng)過壓制干燥后，在高溫下煅燒而成。鎂鉻磚含MgO 55％一80%，當Cr2O3含量≥8％稱鎂鉻磚，當Cr2O3含量≥20％稱鉻鎂磚。

普通鎂鉻磚燒成溫度為1550℃，直接結合鎂鉻磚燒成溫度為1700℃，半直接結合鎂鉻磚的燒成溫度在二者之間。三種磚的結合形式也不同，普通鎂鉻磚以硅酸鹽為結合相，硅酸鹽基質(zhì)恰是堿性磚中熔點最低而最易受侵蝕的部分。直接結合鎂鉻磚是方鎂石之間、方鎂石與尖晶石之間固相反應，顆粒與顆粒之間直接結合，生產(chǎn)的關鍵一是要高純原料，二是要求高壓成型，三是要求高溫煅燒。半直接結合鎂鉻磚既有直接結合，又有硅酸鹽結合。

普通鎂鉻磚對堿性渣的抵抗能力強，荷重軟化點高，高溫下體積穩(wěn)定性好，在1500℃時的重燒線收縮小，是20世紀70年代的早期產(chǎn)品，一般使用在普通回轉(zhuǎn)窯的燒成帶。

在大型窯內(nèi)，窯溫在1700℃以上，普通鎂鉻磚、半直接結合鎂鉻磚已難以適應，直接結合鎂鉻磚就是為適應水泥生產(chǎn)大型化而發(fā)展起來的一種優(yōu)質(zhì)鎂鉻質(zhì)耐火材料。直接結合鎂鉻磚的直接結合率高，大大改善了磚體的高溫性能。

(2)化學結合不燒鎂鉻磚

化學結合不燒鎂鉻磚，不需高溫燒結，而是采用化學結合劑，只需經(jīng)150—250℃烘烤即可。結合劑一般采用聚磷酸鈉(六偏磷酸鈉)或水玻璃?；瘜W結合不燒鎂鉻磚的特點是常溫強度及1450℃下抗壓強度均較高；荷重軟化溫度，一般0.6％變形開始點波動于1500—1690℃，4％變形點在1700℃；熱震穩(wěn)定性較普通鎂鉻磚好，耐水泥熟料侵蝕性亦較好。其缺點是該品種磚未經(jīng)高溫煅燒，鎂砂中氧化鎂顆粒和粉料易水化，所以此磚保存期較短。

該產(chǎn)品為20世紀70年代研制，曾在小型回轉(zhuǎn)窯使用，在大、中型新型干法窯上沒有使用。

(3)尖晶石鎂磚??? ????

尖晶石鎂磚又稱鎂鋁尖晶石磚，這種產(chǎn)品出現(xiàn)較早，但早期產(chǎn)品因?qū)釕γ舾行詮?，抗鹽侵蝕能力不足，以及掛窯皮性能差等缺點，一直未能在水泥窯上大量應用。

20世紀80年代以后，由于鉻公害以及燃煤燃燒和原料性能的影響，出現(xiàn)了以反應尖晶石砂和鎂砂為基本原料制成的磚，由于具有比鎂鉻磚優(yōu)良的熱機械性能和抗熱化學侵蝕能力，以及具有無鉻化的特點，從20世紀80年代起，在預分解窯的過渡帶上逐步取代鎂鉻磚。

尖晶石鎂磚的原料為尖晶石砂和優(yōu)質(zhì)鎂砂，尖晶石砂以菱鎂礦石、苦土粉和工業(yè)氧化鋁為原料，加壓成球，經(jīng)1900℃以上回轉(zhuǎn)窯、豎窯燒成或2200℃左右的電弧爐內(nèi)熔融而成。將其原料按一定配比，經(jīng)高溫煅燒，即成尖晶石磚。尖晶石中氧化鋁含量在10％一20％。

從20世紀90年代起，為適應不同的工況，出現(xiàn)了不同性能的尖晶石磚，如增加粗顆粒級配，進一步提高抗化學侵蝕，適應于燃燒工業(yè)廢渣的尖晶石磚；為解決尖晶石磚不易結窯皮、導熱系數(shù)高的特點，適當提高Fe2O3的含量，降低顯氣孔率，易于粘附窯皮的尖晶石鎂磚；為進一步提高抗化學侵蝕和抗機械應力，降低Fe2O3含量的新品種尖晶石鎂磚等，從而逐步擴大使用范圍。

尖晶石磚的特性：

①抗熱震穩(wěn)定性好

尖晶石磚的主要礦物是鎂鋁尖晶石(Mg Al2O4)和方鎂石(MgO)。由于它們在高溫燒成下的熱膨脹性不一致，造成尖晶石顆粒與方鎂石基質(zhì)之間產(chǎn)生有效分離，尖晶石顆粒被氣孔所包裹，當磚受到應力和溫度變化時，這些氣孔起到吸收能量和阻止磚開裂作用。

②體積穩(wěn)定性強

水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣的氧含量一般控制在2％一3％，使全窯保持氧化氣氛?，F(xiàn)在水泥窯基本上均采用煤粉作燃料，窯中經(jīng)常會在局部地區(qū)出現(xiàn)不完全燃燒，存在過量的一氧化碳。由于氧含量的變化，鎂鉻磚中鐵的組分就會發(fā)生氧化還原反應，伴隨約20％體積收縮；反之，體積增大，如此反復循環(huán)，使磚體損壞。尖晶石磚中鐵的含量極少，基本上不存在體積變化效應，因此它具有很強的體積穩(wěn)定性。

③耐高溫性能好

尖晶石磚中SiO2和Fe2O3雜質(zhì)極少，所以熔點低的硅酸鹽礦物和鐵鋁尖晶石、鎂鐵尖晶石很少。它的主礦物方鎂石(MgO熔點2850℃)和鎂鋁尖晶石的高溫性能較好。

④無鉻公害和抗化學侵蝕能力強

尖晶石中無氧化鉻，所以不會生成含6價鉻的鉻鹽公害。尖晶石磚中主要是方鎂石和鎂鋁尖晶石，硅酸鹽相很小，所以它們同堿的反應很微弱，因此尖晶石磚具有很強的抗化學侵蝕性。

(4)白云石磚

20世紀70年代，西德、加拿大、美國等已將普通白云石磚廣泛用于水泥窯燒成帶。白云石磚的主要成分是方鎂石(MgO)，其成分與生料的成分比較接近，所以這種磚的掛窯皮性能比較好，也不會與物料發(fā)生反應，具有高耐火性及體積安定性，但當窯皮發(fā)生掉落時，窯磚也可能會有一部分與窯皮一起掉落。由于白云石砂中氧化鈣易于吸水，使磚體受潮，因此在存儲、運輸過程中必須采取相應措施加以保護。

20世紀90年代以來，白云石磚的性能有較大的改進，如加入1％一3％的ZrO2顆粒，適當降低顯氣孔率，以改善白云石磚抗熱震穩(wěn)定性差的缺點。為適應煅燒工業(yè)廢料，出現(xiàn)了增加鎂鋯低氣孔率的白云石磚，不僅保持較好的結窯皮性能，還具有較高的抗硫、氯等有害物侵蝕能力。

(5)鎂鋯磚

鎂鋯磚是20世紀70年代出現(xiàn)的，90年代才應用于預分解窯。工業(yè)廢燃料的應用，增加了窯內(nèi)有害物的富集，若燃料中含硫量較高且過渡帶溫度超過1500℃時，尖晶石磚易被熟料侵蝕，生成C12A7，或C4A3S，致使火磚致密剝落損壞。