水泥窑耐火材料 配置.docx
《水泥窑耐火材料 配置.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水泥窑耐火材料 配置.docx（144页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水泥窑耐火材料配置
新型干法水泥生产线耐材配置
耐火材料手册
1.水泥预分解线的窑炉系统
1.1水泥预分解生产线窑炉耐火材料的选择，除了使用价格外，通
常应考虑：
较长的使用寿命。
影响使用寿命的因素有：
耐火材料的耐火度，
高温强度，耐火材料与水泥熟料的化学成分适应性，也就是耐
火材料的抗化学侵蚀能力，热震稳定性与煅烧的高温熟料的反
应结合能力等；
耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性
较好的保温效果。
影响因素有：
保温材料的导热系数，保温材
料所允许的工作温度，容许保温材料占据的空间等；
较简易的砌筑方式和较快的砌筑速度;
维修速度；
通用性较好，可以从市场上较方便的获得。
1.2预热器及预分解窑炉
1.2.1预热器和预分解炉热工制度有如下特点：
预热器与预分解窑炉的温度（主要指设置在设备壁面的热偶测
试出的温度），从第一级预热器到第五级预热器和预分解窑炉
依次为：
不高于450℃、650℃、750℃、900℃、1100℃和1100
℃。
在这样的煅烧温度下，煅烧物料基本没有液相出现，基本上不
存在结块和烧结。
加之系统的热工状态比较稳定，因而预热器
和分解炉中的耐火材料的配置不需过高的耐火度，无需太高的
强度；由于预热器和分解炉位于整个热气流的尾端，温度变化
的频度和幅度较小，因此无需过高的热震稳定性。
由于预热器和分解炉均为静止设备，可用较大的设备外壳，容
纳较多的耐火材料，因此可选用导热系数较低的保温材料，降
低设备外壳温度，达到节能的目的。
由于部分预热器和分解炉形状较复杂，可选用在成型功能上较
灵活的现场成型的耐火浇筑料。
在800℃～1200℃范围内是碱金属氧化物发生冷凝沉积的温度
带，因此在碱含量较高的原、燃材料下，预热器在很大范围内，
耐火材料在受到热侵蚀的同时，也要经受得住碱金属氧化物的
化学侵蚀。
1.2.2预热器分解炉对耐火材料的要求
结构按两层材料配置，外层为导热系数低，强度也较低的保
温材料，工作面为有一定强度且能够较好抵抗碱性物质侵蚀
的耐火材料。
形状复杂处，多采用耐火材料。
大面积直墙由于冷热交变的
作用，已坍塌，应考虑锚固措施。
其他部位多采用耐火转直
接砌筑。
对于一、二级预热器，可采用黏土质耐碱耐火材料，以降低
成本和提高保温效果；对三级以下的预热器，应考虑耐火度
为1100℃以上的耐碱耐火材料。
对于耐火材料强度的要求，
取决于气流的速度，气流速度较高处，采用较高强度的耐火
材料。
在碱含量达到一定数量并有可能逐步富集的部位，如分解炉
和四、五级预热器，应在满足较高耐火度的前提下，考虑采
用耐碱的耐火材料。
耐火材料与回转窑壳体之间有一定的滑动或滑动趋势，产生一
定的摩擦，耐火砖必须具有必要的强度，抵抗摩擦带来的损害。
回转窑从轴向看，不是绝对的刚性体，由于回转窑筒体在支撑
点之间的挠度，随着回转窑的运转，出现于旋转同步的周期性
弯曲，由于三组拖轮的回转窑采用了非静定结构，当各个拖轮
组因温度差异有不同的膨胀量时，将使窑筒体的同轴度出现偏
差，产生较大的附加荷载。
当回转窑突然停电时（在暴雨条件
下更为严重），造成窑筒体因上下受热不均出现较大的弯曲变
形，使窑内的耐火砖承受较大的挤压应力。
这些附加应力将通
过窑筒体最终作用在窑衬上。
径向应力
窑筒体椭圆率ω（%）=窑筒体钢板内径D（m）/10
因筒体椭圆变形传递到窑衬得压应力计算：
σD=3H/4R0^2*ωD*ED
式中：
σD——压应力（N/m㎡）；
ωD——窑体的椭圆（mm），ωD=2ωR0
R0——窑筒体半径（mm）；
H——衬砖厚度（mm）；
ED——压缩弹性模量（N/m㎡）；
回转窑椭圆率与耐火砖的压应力
1.3.2沿轴向分布的回砖窑的各个热工带
喂料带位于回转窑的尾部，约1.5～2.0m
预热带也称分解带。
后过渡带也称过渡带
烧成带
前过渡带
窑口
1.3.3水泥预分解生产线回转窑耐火材料配置实例
椭圆率（%）椭圆度（mm）压应力（N/m㎡）
0.31211.25
0.41615．0
0.52018.75
0.62422.5
我国部分工厂配置实例
雷法公司对回转窑的砌筑建议
窑规
格
窑口
前过渡
带
烧成带后过渡带安全带预热带喂料带
Ø3.2
×50m
耐热钢纤维
高强低水泥
高铝耐火浇
筑料
抗剥落高
强高铝砖
直接结合
镁铬砖
磷酸盐结
合高铝砖
磷酸盐结
合高铝砖
CB20高
强耐碱隔
热砖
耐碱浇筑
料
Ø3.2
×50m
直接结合镁
砖
直接结合
镁砖
直接结合
镁铬砖
磷酸盐结
合高铝砖
磷酸盐结
合高铝砖
CB20高
强耐碱隔
热砖
耐碱浇筑
料
Ø3.5
×52m
钢纤维增强
低水泥刚玉
质耐火浇筑
料
抗剥落高
强高铝砖
直接结合
镁铬砖
抗剥落高
强高铝砖
抗剥落高
强高铝砖
耐碱隔热
砖
高强耐碱
浇筑料
Ø4.0
×60m
钢纤维增强
低水泥刚玉
质耐火浇筑
料
硅莫砖、
尖晶石砖
直接结合
镁铬砖
硅莫砖、
尖晶石砖
硅莫复合
砖、尖晶
石砖
CB30高
强耐碱隔
热砖
高强耐碱
浇筑料
Ø5.6
×76m
钢纤维增强
低水泥刚玉
质耐火浇筑
料
莫来石
砖、尖晶
石砖
直接结合
镁铬砖
尖晶石砖尖晶石砖
复合保温
耐火砖
高强耐碱
浇筑料
序号窑热工带耐火砖材质砌筑方法轴向膨胀缝径向膨胀缝
1卸料带
高铝砖干砌或火泥
砌筑
无无
尖晶石砖无2mm纸板
2下过渡带
特种镁砖
干砌或火泥
砌筑
无2mm纸板（1%
尖晶石砖无砖长）
直接结合碱性砖
3烧成带
特种镁砖
干砌或火泥
砌筑
无2mm纸板（1%
高温煅烧镁铬砖无砖长）
直接结合碱性砖
白云石砖
4上过渡带
尖晶石砖
干砌或火泥
砌筑
无
2mm纸板（1%
砖长）
特种镁砖无
镁铬砖无
直接结合碱性砖
5安全带高铝砖
干砌或火泥
砌筑
无无
6分解带
轻质耐火砖无无
高耐磨砖无无
黏土砖无无
-5-
雷法公司对回转窑耐火材料配置的建议
注：
公司耐火材料牌号如下：
Kx85：
含铝量约85%的高铝砖Ag85：
尖晶石砖
Mp93：
无铬镁砖Mp95：
无尖晶石纯镁砖
Px80：
镁铬砖Px83：
镁铬砖
Kx50：
含铝量50%～55%的高铝砖Kx70：
含铝量约70%的高铝砖
Rt150：
轻质耐火砖Rcy40：
含铝量约40%的浇筑料
1.4篦式冷却机
1.4.1篦式冷却机的热工特点及耐火材料
1.4.2篦冷机耐火材料应用实例
我国部分工厂篦式冷却机耐火材料配置
雷法公司对篦冷机耐火材料配置的建议
带别
耐火衬料长度耐火衬料牌号
D﹤4.0mD﹥4.0m正常热负荷热负荷高
窑口挡砖圈上坡方向最多两圈Kx85Ag85
下过渡带2D1～2DMp93Ag85，Mp95
烧成带4D4～6DPx83，Px80Mp93
上过渡带2D2～4DPx80，Px83Ag85，Mp95
安全带2D2DKx50Kx70
预热带从10D起从12D起Rt150Rt150，Kx30，Kx50
喂料带约1mKx30（Rcy40）Kx30（Rcy40）
一室二室三室
上部下部上部下部上部下部
高铝砖
表面为高强
耐火浇筑料，
填充粘土砖
高铝砖
表面为高强
耐火浇筑料，
填充粘土砖
高铝砖
高强耐火浇
筑料
高强耐碱砖
表面高铝质
低水泥浇筑
料，填充粘土
砖
高强耐碱砖
表面高铝质
低水泥浇筑
料
高强耐碱砖
高强耐火浇
筑料
设备部位选用耐火材料
篦
式
冷
却
机
一室
上部Kx85Rcy50（Rcd95）
下部Kx85Rcy50（Rcd95）
二室上部Kx50Rcy50
下部Kx85Rcy50（Rcd95）
三室上部Kx30Rcy50
下部Kx30Rcy50
四室上部Kx30Rcy50
下部Kx30Rcy50
注：
下部是指受活动篦板的影响，与块状熟料直接摩擦的部位；上部是指不与
块状熟料直接摩擦，但受高压风夹带的颗粒熟料强烈冲刷的部位。
1.5窑头罩、喷煤管与三次风管
我国水泥厂窑头罩、喷煤管与三次风管耐火材料配置
雷法公司对窑头罩、喷煤管与三次风管耐火材料配置建议
注：
Rcy95含铝量约70%～95%高抗磨耐火浇筑料
1.6回转窑砖型的改进与选择
1.6.1新标准系统耐火砖的配置
1.6.1.1ISO标准砖的数量配置
1.6.1.2VDZ标准耐火砖的数量配置
注：
以上两个表中，第一栏窑径项内，相同窑径的第一行或仅有一行为无间
缝材料的配砖比，第二行为带1mm砖缝的配砖比。
代号218，B218表示使用于内径2m的回转窑上高度为180mm的耐火砖；
代号618，B618表示使用于内径6m的回转窑上高度为180mm的耐火砖；
以上两种标准砖在世界上都是通用的。
从砖高上分为180、200、220三
组，每组从配合的窑直径上分为2m、4m、6m（还有3m、5m两种）三种，
这种依靠九种砖的适宜搭配，就可以适应从2.5m到6.0m直径的所有规
格的回转窑耐火砖的砌筑。
具体采用哪一种砖，可以根据优选的耐火衬
料厚度和耐火砖的膨胀系数大小来确定。
在表中列出不同高度的砖并提出了不同高度耐火砖的适用范围，是考虑
再不的窑径条件下，耐火砖不同的导热系数和不同的膨胀系数之间的适
序号窑头罩喷煤管三次风管
1
硅盖板+低水泥高铝耐火浇
筑料
刚玉质高强低水泥耐火浇
筑料
硅盖板+高强耐碱砖+高强
耐火浇筑料
2
硅盖板+高铝砖+低水泥高
铝耐火浇筑料
刚玉质高强低水泥耐火浇
筑料
硅盖板+高强耐碱砖+刚玉
质高强耐火浇筑料
3
硅盖板+磷酸盐结合高铝砖
+低水泥高铝耐火浇筑料
刚玉质高强低水泥耐火浇
筑料
硅盖板+高强耐碱砖+刚玉
质高强耐火浇筑料
设备部位
选用耐火材料
耐火砖耐火浇筑料
窑头罩
上部Kx85Rcy50
下部Kx50Rcy40
喷煤管
Rcy95（扒钉材质相当于我国钢种中的
Gr25Ni20）
三次风管Kx30Rcy50
-7-
应问题。
如果窑衬的厚度过大，内外膨胀差过大，将造成耐火砖内层的
剥落。
表中的ISO标准和VDZ标准并存。
相比之下，ISO标准比VDZ标准的耐火
砖厚度要大一些，可分别适用于不同膨胀系数的耐火材料。
VDZ砖的厚度
较薄，在砌筑时砖缝比较多，可以补缩
较大的膨胀量，因此较适宜于膨胀系数
比较大的碱性耐火砖。
而ISO标准较适
宜于非碱性砖。
由于我国回转窑用耐火砖的
砖型在新标准中没有各种直径
的回转窑耐火砖的数量配置，因
此这里保留ISO和VDZ标准中的
相关内容。
但两个标准在设定的
砖缝上略有不同。
1.6.2我国回转窑用耐火砖的砖
型标准
1999年，由中国建筑材料科学院牵头编制了GB/T17912-1999
《回转窑用耐火砖形状尺寸》，等同于ISO和VDZ标准砖型。
该标准
中水泥行业常用的耐火砖的外形尺寸及主要参数见右图和下表，等同
于ISO和VDZ相应的标准。
等大端尺寸103mm回转窑用砖（基本等同于ISO标准）
砖号
尺寸（mm）体积
（dm3）
计算外直径
abhLδ=1mmδ=2mm
A21810384
180
198
3.33231.90751.9895
A31810390.53.44822.99523.0240
A41810393.53.50163.94113.9790
A618103973.56406.24006.300
AP-1893873.2080
A22010382
200
3.66301.98102.000
A320103893.80162.97143.000
A42010392.53.87093.96194.000
A62010396.23.94426.11776.1765
AP-2010386.23.548
A2229380
220
3.9862.009
A3221034.16003.05703.0800
A42210391.54.23623.97914.0174
A62210395.54.32336.10136.1600
a
h
b
标准回转窑砖图
L
注：
部分砖型标准中没有，或没有明确表示的，是采用ISO标准的。
但GB/T
标准中，对于P系列这种衍生的规则是允许的，即：
锁砖的大小端尺寸
可平行增大20mm或减小10mm。
用户可以根据需要，在耐火砖选型设计时，
选择应种或两种配砖需要。
δ=1mm、2mm，分别表示设计砖缝为1mm和2mm条件下的取值。
部分单位采用了ISO标准中的单位，但不会造成正确理解标准的障碍，
如cm3改换为dm3
等中间尺寸71.5mm回转窑用砖（基本等同于VDZ标准）
注：
部分砖型标准中没有，或没有明确表示的，是采用VDZ标准的。
但GB/T
标准中，对于P系列这种衍生的规则是允许的，即：
锁砖的大小端尺寸
可平行增大20mm或减小10mm。
用户可以根据需要，在耐火砖选型设计时，
选择应种或两种配砖需要。
δ=1mm、2mm，分别表示设计砖缝为1mm和2mm条件下的取值。
部分单位采用了VDZ标准中的单位，但不会造成正确理解标准的障碍，
AP-229385.53.8880
砖号
尺寸（mm）体积
（d㎡）
计算圆周外径
abhLδ=1mmδ=2mm
B2187865
180
198
2.5483
2.18772.2154
B31876.566.52.79002.8260
B41875683.90863.9600
B61874695.4005.4720
BP1864592.192
BP+1883772.851
B2207865
200
2.8314
2.4312.4615
B32076.566.53.1003.1400
B42075684.34294.4000
B62074696.00006.0800
BP2064592.435
BP+208376.23.152
B2227865
220
3.1152.67392.7077
B32276.566.53.41003.4540
B4227568
3.115
4.77714.8400
B62274696.60006.688
BP-2264592.679
BP+228375.53.452
-9-
如cm3改换为dm3
1.6.3回转窑衬砖高度的选择
注：
回转窑的高度应在合理的范围内，耐火砖的使用寿命并不适于其高度（耐火
衬料的厚度）成正比。
对于膨胀系数较大的耐火砖，过厚的衬料由于内外层的温
差过大和膨胀量差别过大，往往导致工作内层的早期破损。
2.耐火材料的主要理化性能及检测
是指结构性质、热学性质、力学性质、使用性质和作业性质。
对视泥行业而言，还有一种特殊的性质，即所谓的挂窑皮性质。
2.1耐火材料的结构性质
2.1.1体积密度
体积密度是指多孔材料的质量（不含游离水）与总体积（包括
固相和全部气体所占的体积）的比值，用g/cm³表示。
体积密度（ρb）计算公式如下：
ρb=m1/（m3－m2）×ρmg
式中：
m1——干燥试样的质量
m2——饱和试样悬浮在液体中的质量
m3——饱和试样在空气中的质量
ρmg——试验温度下浸渍液体的密度
体积密度直观地反映了致密耐火制品致密程度，是衡量其质量
水平的重要指标。
另外它还使工程上计算材料用量的基本数据。
2.1.2气孔率
气孔分为开口气孔、闭口气孔和贯通气孔。
在耐火材料监测标
准中，将所有开口气孔的体积与总体积的比值视为显气孔率，用%表
示。
显气孔率（的计算公式如下：
λa（%）=（m3－m1）/（m3－m2）×100
真气孔率的计算公式如下：
λt（%）=（ρt－ρ1）/ρ1×100
式中：
ρt——试样的真密度（g/cm³）
ρ1——试验温度下的浸渍液体的密度（g/cm³）
窑径（mm）建议窑衬砖高度（mm）
<3600180
3600～4200200
4200～5600220
>5600250
闭口气孔率（λf）的计算公式如下：
λf=λt－λa
耐火材料的气孔的大小决定它在高温条件下抵抗外界侵
蚀能力的大小，由于开口气孔和贯通气孔占总气孔体积的绝大部
分，并对其使用性能其决定性作用，材料的显气孔率大小可反映
其致密程度、制造工艺中颗粒级配及成型和烧成是否合理，因此
检测致密耐火制品的显气孔率是重要的。
2.1.3真密度
真密度是指试样在完全干燥的条件下（不含游离水）的质量与
其真体积之比。
耐火制品体现了其材质的纯度或晶型转变的程度等，
由此可推测在使用中可能产生的变化。
2.1.4吸水率
吸水率是指所有开口气孔吸收水达到饱和状态时的质量与其完
全干燥状态下（不含游离水）的试样的质量之比。
该项指标常用于鉴
定原料的煅烧质量。
2.1.5透气度
透气度是指气体在一定压差条件下对于一定面积、一定厚度试
样的通过能力。
透气度的大小主要由贯通气孔的大小、数量和结构决
定的。
2.2耐火材料的热学性质
耐火材料的热学性质包括热膨胀性和热导率等。
2.2.1热膨胀
耐火材料的热膨胀是指试样在加热过程中，其长度和体积随温
度的升高而变化的性质，用热膨胀率和膨胀系数表示，其数值上等于
单位温度变化在某一方向上的膨胀量与该方向膨胀前的实际长度的
比。
国家标准GB/T7320-2000《耐火制品热膨胀试验方法》中规定热
膨胀率是室温至试验温度间试样长度的相对变化率，用%表示；平均
热膨胀系数是室温至试验温度间温度每升高1℃试样长度的相对变化
率，单位10-6/℃。
耐火材料的热膨胀性能直接影响窑炉砌筑尺寸的严密程度及
结构的稳定。
在实际工作中，应根据热膨胀性和砌筑体的构造状况确
定烘烤制度，以避免过度的热膨胀造成耐火材料的损坏。
2.2.2热导率
热导率亦称导热系数，它表示在单位温度梯度下通过材料单位
-11-
面积的热流速率，用λ表示。
耐火材料的导热系数是衡量材料在使用
过程中所具有的隔热保温能力，在热工设计中，它是热工计算的基础
数据。
耐火材料的导热系数取决于材质的化学组成，晶体结构以及反
映耐火材料加工状态的气孔分布状况和气孔率的大小。
一般来讲大部
分材料在一定的温度区间内，对一范围的气孔率来说，随着气孔率的
增大，导热系数是降低的；而制品的导热系数是随着体积密度的增大
而增大。
2.3耐火材料的力学性质
2.3.1强度
2.3.1.1常温耐压强度
是指在常温下以规定的加载速度施加负荷，耐火制品在破坏之
前单位面积所承受的最大负荷，用N/mm2表示，即Mpa。
2.3.1.2常温抗折强度
是指在常温下以恒定的加压速度对标准规定尺寸的长方试体
在三点弯曲装置上施加应力，记录试样能够承受的最大负荷，用N/mm2
表示，即Mpa。
2.3.1.3高温耐压和抗折强度
测试原理与常温相同，只是增加了高温条件。
一些耐火浇筑料
和不烧砖选择测试这项指标，因为这些材料均加入了一定量的结合
剂，其常温强度会随着温度的升高而变化，由于结合方式不同，有些
高温强度增高或不变化，有些随着温度的升高而降低，因此，对某些
耐火材料或制品，必须了解其高温强度，从而确定它们在工作温度下
能否满足要求。
对耐火浇筑料，通常强度指标采用以下条件的一些特
定值：
110℃烘干强度
1100℃烧后强度
1500℃烧后强度
2.3.2耐火材料的常温耐磨性
2.4耐火材料的使用性能
2.4.1耐火度
耐火材料的耐高温特性。
通常耐火度大于1580℃的无机非金属
材料成为耐火材料。
耐火度的高低取决于材料化学矿物组成和各种具
有强熔剂作用的杂质成分的含量等。
在实际应用中，决不能以耐火度
作为使用温度的最大限定值，而仅作为使用最大温度的一个重要参考
值，耐火材料的实际使用温度要比耐火度低得多。
检验标准为GB/T7322-1997（idtISO528：
1983）《耐火材料
耐火度试验方法》，具体测试时将耐火材料或制品的试样锥与已知耐
火度的标准测温锥一起栽在锥台上，在氧化气氛中，在规定的条件下
加热，然后比较它们弯倒的情况，得出该耐火材料的耐火度。
2.4.2荷重软化温度
荷重软化温度是衡量耐火材料在高温与荷重共同作用下产生变
形时温度的一项重要指标，它一定程度上代表了耐火材料在使用条件
下的结构强度，也就是说耐火材料能够抵抗恒重负荷和高温热负荷共
同作用而保持稳定的能力，是一项比较接近耐火材料实际工作性能的
指标。
GB/T5987—1998（idtISO1893：
1989）《耐火制品荷重软化
温度试验方法》（示差—升温法）所规定的方法为：
在规定恒定荷载
和升温速率下加热圆柱体试样，直到试样产生规定的压缩变形，记录
升温时试样的变形，测定产生变形时的相应的温度。
2.4.3热震稳定性
热震稳定性是指耐火制品对环境温度急剧变化所产生的破损
的抵抗能力。
影响耐火制品热震稳定性的主要原因是材料在加热或冷
却过程中由于热胀冷缩产生的热应力。
对于热震稳定性差的耐火材料
或制品，其烘烤作业时，无论是升温速率，还是降温速率都应低一些。
2.4.4重烧线变化
重烧线变化是指耐火制品加热到规定温度，并保温一定时间，
冷却到室温后所产生残存的膨胀或收缩。
它与热膨胀性是一个相近而
有不同的概念。
高温膨胀性是可逆变化，反映出材料的热弹性；重烧
线变化是不可逆变化，反映出材料的热塑性。
2.5耐火材料的抗化学侵蚀性
耐火材料的抗化学侵蚀性是指耐火材料在高温状态下，抵抗气
态、液态或固态物料化学侵蚀的能力。
其机理是通过化学元素的渗透，
扩散化合或催化分解等化学反应，生成不稳定或强度很低的材料，通
过不同矿物之间的化学反应造成耐火材料的损坏。
影响化学侵蚀的主
要因素有：
2.5.1化学成分和性质。
2.5.2耐火材料的矿物组成和显微结构。
2.5.3侵蚀物液相数量和黏度。
-13-
2.5.4气孔和气显率。
2.5.5温度。
2.5.6环境气氛。
2.5.7反应界面中间产物的形态。
2.6耐火材料的作业性
耐火材料能否方便的施工取决于作业性，主要包括黏结性、
硬化性等。
对于不定性耐火材料，提高常温黏结强度的有水玻璃、硅
溶胶、耐火水泥、沥青、各种树脂等；提高高温强度的有磷酸、多种
磷酸盐、硫酸盐、各种微粉等。
随着结合剂的不同，其硬化性差别很大。
使用耐火水泥作结
合剂时，随着水泥水化过程的进行，不定性材料的强度也会不断提高，
适宜的温度和
升级会员 