? ? 20世紀(jì)70年代中期，我國水泥窯用耐火材料主要是鋁硅質(zhì)耐火材料，如高鋁磚、粘土磚及水泥磚等。鎂鉻磚僅在少數(shù)水泥窯上使用，而且這種鎂鉻磚是適用于冶金平爐上，其性能和規(guī)格尺寸對(duì)水泥窯均不適宜。

　　20世紀(jì)70年代后期，我國出現(xiàn)了新型干法水泥窯，對(duì)窯襯材料提出了更高的要求。為了適應(yīng)水泥工業(yè)的變化與發(fā)展，經(jīng)過數(shù)十年的科研、設(shè)計(jì)及開發(fā)應(yīng)用，使我國水泥窯用耐火材料水平有了顯著的變化和提高。在品種和性能上均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但不足之處是耐火磚外觀尺寸及質(zhì)量穩(wěn)定性還有一定的差距。當(dāng)前，水泥行業(yè)主要的耐火材料是堿性耐火材料、不定形耐火材料和隔熱耐火材料。因篇幅有限，本文僅就堿性耐火材料的要求及使用情況加以闡述。

1.新型干法水泥窯用耐火材料

? ? 大型SP窯和PC窯的窯筒內(nèi)，直接結(jié)合鎂鉻磚用于燒成帶，尖晶石磚或易掛窯皮且熱震穩(wěn)定性能較好的鎂鉻磚用于過渡帶，高鋁磚用于分解帶，隔熱型耐堿黏土磚或普通型黏土磚用于窯筒后部，耐火澆注料或適用的耐火磚用于前后窯口;在預(yù)熱系統(tǒng)內(nèi)，普通型耐堿黏土磚及耐堿澆注料用于拱頂，高強(qiáng)型耐堿黏土磚用于3次風(fēng)管，并配用大量的耐火澆注料、系列隔熱磚和系列硅酸鈣板。在窯門罩和冷卻機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，除選用上述材料外，還配用碳化硅磚和碳化硅復(fù)合磚，系列隔熱磚、系列耐火澆注料、系列硅酸鈣板和耐火纖維材料等七大類30余種耐火材料。在日產(chǎn)2000噸水泥窯上，耐火磚建設(shè)用量達(dá)1600噸以上，正常生產(chǎn)時(shí)年消耗用量達(dá)400噸以上。

2.預(yù)分解窯對(duì)耐火材料的要求

? ? 水泥回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速慢，預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速是傳統(tǒng)水泥窯的3~4倍，高溫高轉(zhuǎn)速和大直徑，使預(yù)分傳解窯窯體、窯襯所承受的熱應(yīng)力要比傳統(tǒng)水泥窯大很多。經(jīng)預(yù)熱器、增濕塔、電收塵的多次搜集，預(yù)分解窯中的K2O、SO2、KCl等組分揮發(fā)后難于溢出窯系統(tǒng)以外。當(dāng)堿、硫、氯的平衡建立后，上述揮發(fā)性組分在窯內(nèi)有很高的濃度，顯著影響水泥生產(chǎn)和耐火材料的壽命。預(yù)分解窯能夠帶來可觀的效益，但使窯的復(fù)雜程度顯著增大。窯的每一部分出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致生產(chǎn)終止。因此，要求水泥預(yù)分解窯用耐火材料應(yīng)具有優(yōu)異的質(zhì)量和高度的穩(wěn)定性。

3.水泥行業(yè)對(duì)堿性耐火材料的新要求

? ? 目前，建材行業(yè)年需鎂鉻磚約6萬噸以上，產(chǎn)生約含0.3%Cr6+的殘磚2.4萬噸。2010年旋窯水泥的產(chǎn)量達(dá)到8億噸，建材行業(yè)年消耗的鎂鉻磚為50萬噸。

? ? 鎂鉻磚在使用中會(huì)生成劇毒、致癌的六價(jià)鉻。Cr6+可引起皮膚損害、上呼吸道炎癥、黏膜潰瘍、皮膚癌和肺癌。我國鉻資源匱乏，建材行業(yè)排放的Cr6+嚴(yán)重污染了環(huán)境。堿性耐火材料具有耐高溫煅燒和耐化學(xué)侵蝕能力較強(qiáng)的優(yōu)良特性，是實(shí)現(xiàn)水泥窯生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵性窯襯材料。但它又具有易受潮變質(zhì)、熱膨脹率大、導(dǎo)熱系數(shù)高和熱震穩(wěn)定性能較差的缺點(diǎn)。目前適用于水泥窯的進(jìn)口和國產(chǎn)堿性耐火材料主要包括直接結(jié)合鎂鉻磚、半直接結(jié)合鎂鉻磚、普通鎂鉻磚、白云石磚、含鋯和不含鋯的各類特種鎂磚、尖晶石磚和化學(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚等。

普通鎂鉻磚含Cr2O3常達(dá)到8%~10%，直接結(jié)合鎂鉻磚更達(dá)到10%~16%，摻加鉻礦石的作用是顯著改善磚的熱震穩(wěn)定性能。但它們?cè)谒喔G(特別是新型干法水泥窯)內(nèi)使用易遭堿侵蝕，生成含六價(jià)鉻的K2CrO2等礦物向環(huán)境釋放，用后殘磚中含3CA·CaCr03等含六價(jià)鉻的水溶性礦物也污染下游水源，都造成人畜的鉻公害。為提高堿性磚的耐侵蝕性能，并減輕甚至消除對(duì)環(huán)境造成的鉻公害，國外開發(fā)并利用低價(jià)鎂鉻磚、無鉻特種鎂磚和新型白云石磚等堿性耐火材料已獲成功。我國鉻礦石資源貧乏，又僻處西陲新疆、西藏，進(jìn)口含鉻合金鋼價(jià)格昂貴，在水泥窯上以低鉻、無鉻堿性磚來代替高鉻的普通鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚的要求更為迫切。

? ? 水泥回轉(zhuǎn)窯長期使用鎂鉻磚作為高溫帶窯襯。使用中，磚中的部分鉻會(huì)從Cr3+轉(zhuǎn)變?yōu)閯《竞椭掳┑腃r6+.我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：IV級(jí)環(huán)境水的Cr6+含量應(yīng)<0.05mg/l，I級(jí)環(huán)境水的Cr6+含量應(yīng)<0.01mg/l.鎂鉻殘磚中的Cr6+卻可達(dá)2577mg/kg.這也就是說，拆卸下的殘磚可以污染相當(dāng)自身重量5萬~25萬倍的水，嚴(yán)重地破壞了環(huán)境和威脅著人民群眾的健康。

? ? 10余年來，國內(nèi)外耐火材料界在尋找鎂鉻磚的替代材料方面作了大量工作，但效果均不十分理想。中國建筑材料科學(xué)研究總院在國家863項(xiàng)目的支持下，對(duì)此展開了深入的研究。結(jié)果表明：Cr2O3在鎂質(zhì)耐火材料中起提高直接結(jié)合程度、降低侵蝕速率、改善抗熱震性和改善窯皮黏附作用，并針對(duì)此研制了新型無鉻環(huán)保耐火材料。

? ? 總之，我國水泥行業(yè)正向現(xiàn)代化的目標(biāo)邁進(jìn)，急需高質(zhì)量的環(huán)境友好堿性耐火材料。