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隨著水(shui)泥(ni)生產(chan)工(gong)藝(yi)技術的(de)不(bu)斷更新和進步，水(shui)泥(ni)窯(yao)單條生產(chan)線向(xiang)大型化(hua)方(fang)向(xiang)發展，新型干法水(shui)泥(ni)生產(chan)技術具(ju)有窯(yao)溫高(gao)、窯(yao)速快、系(xi)統結構復雜、堿等揮發性組(zu)份(fen)的(de)侵蝕嚴重等特性，這對水(shui)泥(ni)窯(yao)用耐火(huo)材(cai)料(liao)提出了更加苛(ke)刻(ke)的(de)要求。不(bu)定形耐火(huo)材(cai)料(liao)由(you)于具(ju)有性能(neng)優良、施工(gong)方(fang)便、節省能(neng)源等優點在水(shui)泥(ni)工(gong)業中得(de)到了廣泛應用，占比接近50%左右。然而(er)不(bu)定(ding)形(xing)(xing)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)對現(xian)場施工質量(liang)要求(qiu)較(jiao)高，容易出現(xian)現(xian)場加水(shui)(shui)量(liang)過多，造成澆(jiao)注(zhu)料(liao)(liao)性(xing)能下降(jiang)較(jiao)快(kuai)以(yi)及烘烤過程中出現(xian)爆裂等問題。預制(zhi)件(jian)(jian)是將不(bu)定(ding)形(xing)(xing)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)定(ding)形(xing)(xing)化(hua)，制(zhi)備工藝介于定(ding)形(xing)(xing)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)和不(bu)定(ding)形(xing)(xing)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)之間，性(xing)能方(fang)面兼(jian)具有定(ding)形(xing)(xing)和不(bu)定(ding)形(xing)(xing)的(de)(de)優點，是不(bu)定(ding)形(xing)(xing)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)施工和應(ying)用技術進(jin)步(bu)的(de)(de)一個新方(fang)向，近幾年(nian)得到(dao)了快(kuai)速發展。本文(wen)針對耐(nai)火(huo)預制(zhi)件(jian)(jian)的(de)(de)特點以(yi)及在水(shui)(shui)泥窯(yao)中不(bu)同部位的(de)(de)應(ying)用和性(xing)能要求(qiu)做(zuo)了概(gai)述。
1、耐(nai)火預制件的特點(dian)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，再在工廠澆注成型、養護、烘烤完畢后運到現場施工安裝。耐火預制件的應用改變了傳統澆注料的現場澆注施工的方法，使施工簡便易行，可以省去現場攪拌、澆注或搗打以及所需的相應設備，大大節約了施工時間，并且使現場施工條件不受施工環境和季節的影響，更有利于保證施工質量。為了便于制作、運輸和安裝，預制件的形狀不能設計過大和過于復雜，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、急冷急熱等惡劣環境下的特殊部位，容易產生機械變形，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似，但澆注料需要注重施工后至使用條件整個溫度區間內的性能，而耐火預制件作為采用澆注料制備出的定形產品，注重烘烤后的性能即可。不少生產廠家列出了不同溫度條件的預制件性能指標，實際上對于水泥廠家來說參考意義不大。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行調整，需要更加關注烘烤后的性能。
水泥(ni)窯關(guan)鍵部位(wei)耐火(huo)材料(liao)在(zai)施(shi)工(gong)(gong)過程中需要(yao)較高(gao)的(de)(de)施(shi)工(gong)(gong)質(zhi)量，而在(zai)水泥(ni)窯檢修期(qi)間，一(yi)般工(gong)(gong)期(qi)較短，現(xian)場澆(jiao)注(zhu)施(shi)工(gong)(gong)質(zhi)量難(nan)以(yi)保(bao)證，施(shi)工(gong)(gong)質(zhi)量的(de)(de)好壞對耐火(huo)材料(liao)的(de)(de)使(shi)用壽命有(you)很大的(de)(de)影響。加(jia)水量的(de)(de)增加(jia)會(hui)使(shi)澆(jiao)注(zhu)料(liao)的(de)(de)氣孔率增大，強(qiang)度降低，并嚴重影響澆(jiao)注(zhu)料(liao)的(de)(de)耐磨性能。澆(jiao)注(zhu)料(liao)施(shi)工(gong)(gong)完(wan)畢(bi)，必須(xu)有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)養護(hu)時間，養護(hu)完(wan)成后還必須(xu)進行烘烤(kao)處理，否(fou)則(ze)容易爆裂(lie)。
耐火(huo)預制件由于制作過程在(zai)生產企(qi)業進行，可以(yi)克服現場(chang)施工(gong)時(shi)間緊迫(po)、環(huan)境季節(jie)溫(wen)度(du)變化、現場(chang)施工(gong)管理等因(yin)素產生的(de)(de)不利影(ying)響，經(jing)過充分的(de)(de)養護和嚴格的(de)(de)烘烤能夠保(bao)證施工(gong)質量，大幅降低因(yin)施工(gong)不規(gui)范(fan)造成的(de)(de)質量問題，使(shi)耐火(huo)材料的(de)(de)性能得以(yi)充分發(fa)揮(hui)。安裝后直(zhi)接點火(huo)使(shi)用(yong)，縮(suo)短了檢修時(shi)間，能夠創造良好的(de)(de)經(jing)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(ji)矮墻(qiang)及(ji)頂部預制(zhi)件
篦冷機所處位置特殊，煙氣成分復雜，溫度高，風速大，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量至關重要。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(zhi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)尺寸(cun)和結(jie)構(gou)形(xing)式與其使用(yong)部位有(you)關系。對(dui)于(yu)篦冷(leng)機(ji)矮墻(qiang)用(yong)預制(zhi)件(jian)(jian)來說，為提(ti)高矮墻(qiang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)，每(mei)塊(kuai)預制(zhi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)上下表面(mian)分別(bie)帶有(you)溝槽或凸舌。通過(guo)(guo)舌、溝之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)結(jie)合，限制(zhi)了各砌塊(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)滑動(dong)，提(ti)高了砌體結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)整體性(xing)和穩固性(xing)。對(dui)于(yu)篦冷(leng)機(ji)頂部，特別(bie)是(shi)一段高溫區(qu)域，預制(zhi)件(jian)(jian)可以通過(guo)(guo)錨固件(jian)(jian)與頂部進行焊接或螺(luo)栓連(lian)接，也(ye)可以通過(guo)(guo)直接采用(yong)懸掛(gua)在鋼板(ban)上的(de)(de)(de)(de)方式進行連(lian)接，施工效果見(jian)圖(tu)1，篦冷機矮墻(qiang)及頂部(bu)預(yu)制(zhi)件的(de)典型性(xing)能指標見表(biao)1。
圖(tu)1篦冷機頂部預制件施工效果圖
2.2三次風管彎道預(yu)制件
水泥窯三(san)次風管(guan)彎道內襯不僅需要承受(shou)飽含大(da)量細顆粒熟(shu)料(liao)的高(gao)速三(san)次風氣流的沖刷，而(er)且還要承受(shou)在800~1200℃工(gong)作溫度條件下嚴重的(de)堿腐蝕，造成內襯經常(chang)剝落。三次(ci)風(feng)管彎(wan)道(dao)內襯所用(yong)的(de)耐(nai)磨材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)經歷了高(gao)鋁澆(jiao)注(zhu)(zhu)料(liao)(liao)(liao)(liao)、莫來(lai)石(shi)剛(gang)(gang)玉(yu)澆(jiao)注(zhu)(zhu)料(liao)(liao)(liao)(liao)以及高(gao)耐(nai)磨磚與莫來(lai)石(shi)剛(gang)(gang)玉(yu)澆(jiao)注(zhu)(zhu)料(liao)(liao)(liao)(liao)組合而(er)成的(de)框(kuang)架結構等一系列發展歷程，而(er)目(mu)前(qian)多數采(cai)用(yong)以剛(gang)(gang)玉(yu)和碳化硅為主要材(cai)(cai)質的(de)超高(gao)強(qiang)耐(nai)磨澆(jiao)注(zhu)(zhu)料(liao)(liao)(liao)(liao)，在三次(ci)風(feng)管彎(wan)道(dao)處的(de)使用(yong)效(xiao)果(guo)較好(hao)[5]。在(zai)制(zhi)備三(san)次風(feng)管(guan)(guan)彎道預制(zhi)件的過程中，預制(zhi)件形(xing)狀尺寸需要考慮風(feng)管(guan)(guan)直徑大小，將預制(zhi)件形(xing)狀設計(ji)成帶弧狀的楔形(xing)結構，有利于增(zeng)強塊與塊之間的結合緊密(mi)程度[6]。根據預(yu)制件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)溫度(du)條件(jian)，采用超(chao)低水泥和(he)超(chao)微粉復合(he)結(jie)合(he)的(de)方式，主(zhu)要著(zhu)力于(yu)提高(gao)預(yu)制件(jian)在(zai)工(gong)作(zuo)條件(jian)下的(de)性(xing)能。國內部分廠家生產的(de)三次(ci)風管彎(wan)道預(yu)制件(jian)的(de)外觀和(he)典型(xing)性(xing)能指(zhi)標分別見(jian)表2，圖2。
表2三次風管(guan)彎道預制件性能指(zhi)標
2.3三(san)次風(feng)管閘板預制件
在(zai)新型(xing)干法(fa)水泥(ni)窯中主(zhu)要(yao)通過(guo)調節三次風管閘(zha)板的(de)開合度(du)，從而調節回轉窯內(nei)的(de)風量并保證分解爐內(nei)煤(mei)粉充分燃燒所需的(de)氧(yang)含(han)量。閘(zha)板在(zai)使用(yong)中始終受到高溫(wen)高速氣(qi)(qi)流(liu)的(de)正面(mian)沖(chong)擊，煙氣(qi)(qi)流(liu)速高，并且含(han)塵濃度(du)大(da)，所含(han)顆粒的(de)硬(ying)度(du)高，通常閘(zha)板容易產生(sheng)嚴重磨損。三次風管閘(zha)板預制(zhi)件(jian)在(zai)結構方面(mian)采用(yong)優質的(de)耐熱鋼(gang)作(zuo)為骨架，并焊接上錨固(gu)件(jian)，確保閘(zha)板在(zai)高溫(wen)條件(jian)下不變形，施工過(guo)程如圖3所示。在耐熱鋼和(he)(he)錨固件(jian)(jian)表(biao)面涂刷瀝青漆后(hou)采(cai)用添(tian)加(jia)有(you)鋼纖維的(de)(de)剛玉莫來石澆注(zhu)料進行澆注(zhu)成(cheng)(cheng)型，既(ji)能(neng)使澆注(zhu)料和(he)(he)錨固件(jian)(jian)緊密的(de)(de)形成(cheng)(cheng)整(zheng)(zheng)體，也為兩(liang)者(zhe)之(zhi)間的(de)(de)應力緩沖提(ti)供了(le)一定空間。為了(le)降低高溫(wen)烘(hong)烤對鋼結(jie)構性(xing)能(neng)的(de)(de)影響(xiang)，三次(ci)風管閘(zha)板預(yu)制(zhi)件(jian)(jian)的(de)(de)整(zheng)(zheng)體烘(hong)烤溫(wen)度(du)比水(shui)泥(ni)窯其(qi)他(ta)部位(wei)使用的(de)(de)預(yu)制(zhi)件(jian)(jian)要低，滿足充分排除結(jie)合水(shui)和(he)(he)提(ti)高強度(du)的(de)(de)要求，三次(ci)風管閘(zha)板預(yu)制(zhi)件(jian)(jian)的(de)(de)典型性(xing)能(neng)指標如表(biao)3所示。
表3三次風管閘板預制件的性能指標
圖3三次風管閘板預制件鋼結構施工圖
2.4窯頭(tou)罩預制(zhi)件
窯(yao)(yao)頭(tou)罩位于(yu)回轉窯(yao)(yao)的排料端，噴(pen)煤管穿過窯(yao)(yao)頭(tou)置(zhi)伸入窯(yao)(yao)口內，隨著(zhu)回轉窯(yao)(yao)向(xiang)大(da)(da)型(xing)化(hua)方向(xiang)發展，窯(yao)(yao)頭(tou)罩內跨度也越(yue)來越(yue)大(da)(da)，受沖刷、冷熱(re)突變頻繁(fan)和熱(re)震的作(zuo)用，使用條件(jian)(jian)(jian)十分苛刻。此部位的內襯通常采用莫來石和碳化(hua)硅作(zuo)為主要(yao)材質(zhi)，設計(ji)成(cheng)預(yu)制件(jian)(jian)(jian)的方法(fa)，與(yu)定形(xing)產(chan)(chan)品(pin)相比(bi)可以滿足復雜形(xing)狀(zhuang)(zhuang)制作(zuo)的要(yao)求，并(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)保證預(yu)制件(jian)(jian)(jian)不同部分的均勻性和致密度，與(yu)不定形(xing)產(chan)(chan)品(pin)相比(bi)能(neng)夠(gou)給予充分的養護和烘烤時間，實現快速安裝，免受水泥(ni)廠(chang)施工環(huan)境影(ying)響，國內某廠(chang)家生產(chan)(chan)的窯(yao)(yao)頭(tou)罩預(yu)制件(jian)(jian)(jian)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)外(wai)觀和性能(neng)指標(biao)分別(bie)見表4和圖4。此外采用預制件的方式更有利于形成重質輕質密度梯度復合的結構形式，重質部分作為工作層，主要起結構強度支撐作用，輕質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生的一系列問題。
表(biao)4窯頭罩預制件性能指標
圖(tu)4窯頭罩預制件外觀
3、結語(yu)
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，外形根據現場使用條件采用個性化設計，在成型、烘烤等環節方面采用工廠化和規模化生產，需要更注重烘烤后的性能指標。耐火預制件與澆注料相比，對保質期和環境條件的要求較低，具有更加優異的整體穩定性和適應性，能夠顯著地縮短水泥窯施工時間，提高維修效率，有效延長耐火材料的使用周期，在篦冷機、三次風管、窯尾煙室等部位都取得了良好的使用效果，預計將來耐火預制件在水泥窯中的使用范圍會進一步擴大。
