固體廢棄物的品種很多，所含的元素成分及其化合物也較多，這些元素化合物的熔融物隨窯氣和窯料侵蝕耐火材料，與耐火材料發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，使得耐火材料使用條件更加苛刻，因而應(yīng)對固體廢棄物在水泥工業(yè)中循環(huán)利用帶來的新問題，是擺在水泥工業(yè)用耐火材料迫在眉睫的難題。本文對目前水泥窯固廢處理現(xiàn)狀、固廢處理對耐火材料的影響以及耐火材料的對策作重點論述。

　　1  水泥窯固體廢棄物處理現(xiàn)狀
　　1.1  水泥窯可以處理的廢棄物種類
    水泥工業(yè)利用固體廢棄物主要的途徑是將廢棄物以二次原料或二次燃料的形式循環(huán)利用。從理論上說，含有Ca0、Si0₂、Al₂O₃、Fe₂O₃的水泥原料成分的工業(yè)廢棄物可作為水泥原料，含有一定熱量的工業(yè)廢棄物均可用作水泥熟料生產(chǎn)過程中的燃料。目前可以用作原燃料的固體廢棄物主要有：

    (1)固體廢棄物作原料：粉煤灰、爐渣、煤矸石、石灰殘渣、電石渣、制糖廢渣、高爐爐渣、鋼渣、銅礦渣、硫酸渣、銻礦尾砂、鋁礬土、錫回收渣、磷石膏、氟石膏、化學(xué)石膏、硅砂、飛灰、型砂、水廠污泥、河流淤泥等。

    (2)固體廢棄物作燃料：石油焦、石墨粉、焦碳屑、廢輪胎、橡膠、塑料、造紙工業(yè)廢料、生活垃圾、肉骨粉、油面巖、泥碳、電池、農(nóng)作物的桿等，以及碎木屑、紡織廢品、有機有害化工廢料、醫(yī)藥廢棄物等。

　　1.2  固體廢棄物處理對耐火材料的影響
　　固體廢棄物的品種很多，所含的元素成分及其化合物也較多，在熟料煅燒過程中，這些廢棄物在低溫部位，對耐火材料幾乎沒有影響或影響較少，還有一些熔融在熟料里形成窯皮，附在耐火磚上，這樣對耐火材料影響也非常小，甚至對耐火材料有一定的保護作用。對耐火襯料直接影響的是在燒成過程中，預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間的內(nèi)循環(huán)的過程中所富集的堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等，這些元素化合物的熔融物隨窯氣和窯料侵蝕耐火材料，與耐火材料發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，生成新的低熔礦物，而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度上的膨脹，致使耐火材料的剝落及開裂。有些新生低熔礦物可使耐火材料結(jié)構(gòu)變得疏松，這樣耐火材料就失去它原有的特性，比如強度，熱傳導(dǎo)及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化，致使耐火材料的使用壽命變低。其中，對耐火材料使用周期影響最大的是堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等。下面主要介紹這些元素化合物對耐火材料的影響。

　　表1為一些常見、可知的，如堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度，由表1可知，這些元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度都在水泥燒成溫度范圍內(nèi)，只是在不同的部位影響不同而已。

表1   堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度

　　1.2.1  堿、硫等元素化合物與耐火材料的反應(yīng)
　　1.2.1.1  高鋁質(zhì)耐火材料與堿、硫的反應(yīng)：
　　A₃S₂+16Si0₂+3K₂0——3KAS₆ (正長石)
　　A₃S₂+10Si0₂+3K₂0——3KAS₄(白榴石)
　　2A₃S₂+8Si0₂+6K₂0——6KAS₂(鉀霞石)
　　A1₂0₃+K₂0+Na₂0——(K、Na)0·Al₂0₃ (β剛玉)
　　2CaS0₄+K2S0₄——2CaS0₄·K₂S0₄
　　2CAS0₄·K₂S0₄+H₂0——2CaS0₄·K₂S0₄·H₂0(鉀石膏)

　　1.2.1.2鎂質(zhì)耐火材料與堿、硫的反應(yīng)
　　(1)氧化氣氛
　　2C₂S+MgO+S0₃——CaS0₄+C₃MS₂
　　C₃MS₂+MgO+S0₃——CaS0₄+CMS
　　CMS+MgO+S0₃——CaS0₄+M₂S
　　2CaS0₄+K₂S0₄——2CaS0₄·K₂S0₄
　　3Mg0·Al₂0₃+4CaO+S0₃——4Ca0· 3A1₂0₃·S0₃+3MgO

　　(2)還原氣氛
　　4MgO+2K₂0+4Fe0·Al₂0₃十8S0₃——4KFeS₂+4Mg0·Al₂0₃+110₂
　　MgFe₂04+K₂0+4S0₃——2KFeS₂+Mg0+80₂
　　2KFeS₂+80₂——K₂S0₄+Fe₂(S04)₃

　　1.2.2堿、硫比值的大小對耐火材料的影響
　　堿硫比的大小反映出堿硫在窯料和窯尾內(nèi)存在的型式和對耐火材料的侵蝕類型，堿硫比的計算公式：

　　由表2可知，堿硫比不同，其主要有害元素出現(xiàn)也不同，即耐火材料侵蝕的機理也不同。
 
　　1.2.2.1  堿含量過剩的侵蝕情況(ASR>1)
　　(1)堿對鋁質(zhì)耐火材料的侵蝕：當(dāng)鋁含量<30%的黏土質(zhì)耐火材料與堿作用時，生成KAS₆、KAS₄與鉀、鈉、A1₂0₃、Si0₂的堿鋁硅化合物，呈玻璃熔融體，而另一些晶體如石英、C₂S等熔在玻璃熔融體內(nèi)，形成密封層，阻止了堿的進一步侵蝕，在一定程度上保護了耐火材料。

　　當(dāng)鋁含量>30%的黏土質(zhì)耐火材料與堿作用時，生成KAS₄、KAS₂與鉀、鈉、Al₂O₃、Si0₂的堿鋁硅礦物，體積膨脹超過20%以上，此外α-Al₂0₃與堿作用后，生成β-Al₂0₃，體積膨脹也會損壞耐火材料。

　　超過 950℃時，莫來石被堿侵蝕，生成高嶺石，體積增加約15%，耐火材料因體積膨脹而損壞、剝落，影響使用壽命。

　　1200℃時，鋁含量為>80%的黏土質(zhì)耐火材料與堿作用，生成少量的KAS₄、KAS₂，體積增加l7%～20%，導(dǎo)致耐火材料襯里損壞。

　　(2)堿對鎂質(zhì)材料的侵蝕：一般而言，MA尖晶石抗堿侵蝕遠高于鉻，但若在高含量堿的作用下，堿與MA尖晶石也起作用，生成堿鋁化合物和Mg0，使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易剝落，縮短磚的使用周期。

　　合成燒結(jié)氧化鎂制成的高等級的尖晶石鎂磚，在還原氣氛下，極易受到化學(xué)侵蝕而導(dǎo)致磚的損壞。

　　在煅燒工業(yè)廢棄物燃料時，因燃料及顆粒大小不一致的影響，在煅燒過程中，很容易出現(xiàn)氧化還原(REDOX)狀況，使耐火襯里的成分頻繁變化，其體積也頻繁地膨脹和收縮，最終使耐火材料剝落損壞。

　　1.2.2.2硫含量過剩的侵蝕情況(ASR<I)< SPAN>
　　在氧化氣氛下，窯氣內(nèi)的S0_x與C₂S中的Ca0反應(yīng)，生成無水石膏CaS0₄(體積增加27.5%)。游離的S0₃與鎂鉻磚內(nèi)作結(jié)合劑的C2S及磚內(nèi)的Mg0等成分起化學(xué)反應(yīng)，生成熔融化合物，主要有C₂S、C3SMgS₂、CMS，上述反應(yīng)所生成的低熔融化合物，滲透耐火襯磚內(nèi)，既破壞了襯磚的耐火度，又損壞了襯磚的致密結(jié)構(gòu)，降低襯磚的使用壽命。

　　同時，鎂鐵尖晶石磚在Ca0作用下，Mg⁺被取代，生成Ca₂Fe₂O₅，在此過程中，由于新相的成立，失去原有的陶瓷結(jié)構(gòu)，降低了材料的強度。

　　當(dāng)磚內(nèi)所有的含有Ca0的二次相減少后，在極端的情況下，S03與Mg0作用生成含有Mg0的硫酸鹽，在長時期作用后，大顆粒的氧化鎂將分裂成小晶粒，影響磚體結(jié)構(gòu)。上述反應(yīng)主要在熱面，生成CaS04和K2Ca₂ [S0₄]₃，冷面主要為CaS0₄的沉積。

　　在還原氣氛下，三價硫?qū)⑦€原成二價硫，在磚的冷面，生成FeS、KFeS₂和CaS。但在氧化還原狀況下，將出現(xiàn)以下反應(yīng)。

　　氧化：
　　2Ca₂Si0₄+MgO+S0₂+1/20₂-CaS0₄+Ca₃Mg[Si04]₂

　　還原：
　　2Ca₂Si0₄+MgO+S0₂+ 3C0-CaS+Ca₃Mg[Si0₄]₂+ 3C0₂

　　所以在氧化還原(REDOX)過程中，出現(xiàn)體積頻繁變化，最終導(dǎo)致襯磚損壞，縮短使用壽命。

　　1.2.2.3  堿硫平衡時的侵蝕情況(ASR=1)
　　堿硫平衡時，所生成的化合物，一部分在高溫下?lián)]發(fā)隨窯氣經(jīng)煙囪排至大氣，另一部分被熟料吸收，其余填充在耐火磚的孔隙內(nèi)，磚體結(jié)構(gòu)致密損壞。在此過程中，所有的堿硫酸鹽都不和耐火磚內(nèi)的成分起化學(xué)反應(yīng)，只是對耐火磚造成物理性能的變化，侵蝕相對而言比較弱，對耐火材料的使用周期影響也較小。

　　1.2.3 堿、氯、硫?qū)饘馘^固件的腐蝕
　　工業(yè)固體廢棄物大量用作原燃料，相應(yīng)增加了堿氯硫的富集對耐火襯料施工所需的金屬錨固件的腐蝕，特別是煙氣通過膨脹縫、耐火襯料的裂縫等，煙氣與金屬錨固件反應(yīng)，一層層剝落，最后失去作用，導(dǎo)致耐火材料整體脫落，縮短耐火襯料的使用壽命，其堿、氯、硫元素化合物對錨固件的侵蝕過程見圖1。

　　固體廢棄物在水泥行業(yè)大量用作原燃料時產(chǎn)生的煙氣有大量有害元素，這些元素化合物在中高溫腐蝕金屬錨固件，所以采用煙氣與金屬錨固件隔離是耐火工作者及設(shè)計人員解決錨固件被腐蝕的途徑。

　　圖2表示熱煙氣沿著膨脹縫侵蝕過程。熱煙氣沿著膨脹縫滲透到金屬錨固件，與其反應(yīng)，并腐蝕使其失去原有的作用。圖3為熱煙氣腐蝕后的錨固件圖，從圖中可知，錨固件已經(jīng)失去原來的樣子，同時也失去錨固件的作用。

　　由上述可知，阻止熱煙氣與金屬錨固件接觸，避免錨固件與熱煙氣發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，腐蝕錨固件，成為耐火工作者所要解決的首要問題，同時，采用其它材質(zhì)的錨固件也成為目前耐火工作者解決此類問題的主要手段。

　　2 耐火材料的對策和發(fā)展
　　上世紀(jì)80年代以來，大量固體廢棄物被用作原燃料，致使耐火材料所承受的熱、機械應(yīng)力和化學(xué)侵蝕大幅度增加，使用周期縮短，耐火材料消耗增加，一些耐火材料公司針對上述市場需求，推出了一批新品種耐火材料、新的設(shè)計技術(shù)和施工技術(shù)，延長使用周期和降低耐火材料的消耗，取得明顯的效果，現(xiàn)將應(yīng)用較為廣泛的新品種襯料及有關(guān)設(shè)計技術(shù)介紹如下。

　　2.1  堿性耐火材料
　　(1)鎂鉻磚：直接結(jié)合鎂鉻磚具有較高的抗高溫性能，抗Si0₂侵蝕和抗氧化還原作用。同時具有較高的抗高溫強度和抗機械應(yīng)力，較好的掛窯皮性能，它大量用在燒成帶。

　　鎂鉻磚在水泥窯內(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，在氣體內(nèi)鉻化物含量超過10mg/m³，水溶液含鉻量超過0.5mg/l 時，將對人體產(chǎn)生極為嚴重的危害，從80年代中期起工業(yè)化國家紛紛制定一系列環(huán)保、衛(wèi)生等方面的規(guī)范，對水泥窯的廢氣粉塵及鎂鉻磚的殘磚和水泥廠排水進行全面監(jiān)控，鎂鉻磚的使用受到一定的限制。

　　鎂鉻磚優(yōu)良的性能和低廉的價格，在世界上相當(dāng)多的地區(qū)和國家仍在使用。進入90年代，性能更為優(yōu)良的直接結(jié)合鎂鉻磚已用在工況條件較為苛刻的大型預(yù)分解窯上。

　　(2)尖晶石磚：90年代出現(xiàn)的尖晶石磚，不但具有較強的掛窯皮能力，而且在抗堿、硫熔融物和熟料液相侵蝕，抗熱震和窯體變形產(chǎn)生的機械應(yīng)力，以及在抗熱負荷等方面，且有一系列的優(yōu)點，性能優(yōu)于鎂鉻磚，已成為當(dāng)今世界堿性磚技術(shù)發(fā)展的主流。

　　下面介紹改善鎂鋁尖晶石磚性能的措施：在下過渡帶，采用大晶粒的高純鎂砂和氧化鐵含量低的鎂鋁尖晶石，提高磚的抗化學(xué)侵蝕性能和抗氧化還原能力；在機械應(yīng)力要求較大的地方，如輪帶部位和上過渡帶，提高磚的彈性系數(shù)，緩解因筒體變形對耐火磚的機械應(yīng)力而造成的損壞程度。在燒成帶和上過渡帶，對磚進行技術(shù)處理，讓其易掛窯皮，同時具有耐火度高，彈性結(jié)構(gòu)良好，抗熱化學(xué)侵蝕性能好的優(yōu)點。此類磚已經(jīng)全面取代鎂鉻磚和一般堿性磚的使用部位，成為當(dāng)今鎂鋁尖晶石磚技術(shù)進展的主流。

　　鎂鐵尖晶石磚和鎂錳尖晶石磚俗稱活性尖晶石磚，其熱膨脹系數(shù)小，彈性結(jié)構(gòu)良好，此外，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)的Mg0和其他元素之間具有良好的擴散性能，因而在生產(chǎn)的過程中，具有恢復(fù)晶體結(jié)構(gòu)裂紋的功能，使用周期大大延長。鎂鐵尖晶石磚是20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)的新品種，由Fe0與MgO形成鎂鐵尖晶石，使用時可在磚的熱面生成一層粘性極高的極易掛窯皮的Ca-Fe和Ca-Al-Fe化合物，同時具有耐火度高和較強的抗氧化性，和白云石磚、鎂鉻磚相比，此類尖晶石磚具有較高的機械和熱化學(xué)性能。鎂錳尖晶石磚的耐火度高于鎂鐵尖晶石，錳離子的活性較高，在生產(chǎn)過程中恢復(fù)晶體裂紋的性能超過鎂鐵尖晶石，因而具有更強的抗堿氯硫侵蝕的功能。

　　尖晶石磚的抗化學(xué)侵蝕性能和抗氧化還原能力都較優(yōu)異，但對堿的抗?jié)B透能力較差，如圖4所示。

圖4 尖晶石磚在經(jīng)過1400℃×3h耐堿試驗后的剖面圖

　　(3)鎂鋯磚：氧化鋯熔化點為 2715℃，溫度超過 1660℃才被熟料侵蝕，因此鎂鋯磚具有較高的耐火度。而氧化鋯顆粒的另一特點是顆粒四周形成微裂紋，從而吸收外部應(yīng)力，在熱態(tài)和冷態(tài)條件下，具有較大的抗斷裂強度。在與尖晶石磚一系列對比試驗中，鎂鋯磚對S03、C02、堿氯蒸氣等有害物抗侵蝕能力，對熟料液相抗侵蝕能力，氧化還原氣氛對其的影響及耐壓強度等方面都具有明顯的優(yōu)點。

　　早期的鎂鋯磚存在著導(dǎo)熱系數(shù)高于尖晶石磚的缺點，此情況已被改善，含4％～7％Zr02的鎂鋯磚，其導(dǎo)熱系數(shù)已有較大程度的降低。

　　鎂鋯磚具有優(yōu)良的性能，用在工況條件苛刻的窯內(nèi)，在進一步提高性能和在保持優(yōu)良性能的前提下，降低生產(chǎn)成本，便于推廣應(yīng)用。

　　2.2高鋁質(zhì)耐火材料
　　氧化鋁含量<25％的耐火材料，具有較好的抗堿侵蝕性能，但只能承受 1200℃的溫度，而氧化鋁含量較高的耐火材料，其耐火度高，但抗堿侵蝕能力較差，使用大量工業(yè)同體廢棄物作原燃料時，在超過l 200℃的部位，出現(xiàn)堿富集，高鋁質(zhì)耐火材料很難適應(yīng)(圖5)。從圖中可知該試樣已經(jīng)裂開，失去原來的樣子，由此說明該材料的耐堿性能較差，材料與堿反應(yīng)的生成物發(fā)生體積膨脹，材料的結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞。

圖5  高鋁質(zhì)耐火材料在經(jīng)過1400℃×3h耐堿試驗后的照片

　　目前，由于碳化硅具有較強的抗堿性能，與堿反應(yīng)后，生成一層粘性極高、又無裂紋的保護層；同時，由于SiC具有極高的導(dǎo)熱性能和耐磨蝕性能，所以A1203-SiC的高耐堿性耐火材料相繼出現(xiàn)，并產(chǎn)生非常好的效果，能滿足燒成系統(tǒng)分解爐、回轉(zhuǎn)窯、窯門、篦冷機、三次風(fēng)管、前窯口等不同部位工況和需求。圖6為Al202-SiC的高耐堿性耐火材料的試驗照片，從圖中可知，該試樣完好無損。

圖6 鋁-碳化硅質(zhì)耐火材料在經(jīng)過 1400℃×3h耐堿試驗

　　硅莫磚具有荷軟溫度點高、高強度、高耐磨蝕、低導(dǎo)熱及良好的抗剝落性能，該磚對窯料及燃煤熔體和以硫酸堿、氯化堿為主的揮發(fā)性組分的抗?jié)B透強、抗侵蝕性能也優(yōu)于堿性磚(圖7)，幾乎沒有侵蝕，試樣表面形成一層薄薄的保護層，從而使該磚熱面變質(zhì)層的增長速度大大遲緩，延長了使用壽命。同時，該磚的熱震穩(wěn)定性比堿性磚好，結(jié)構(gòu)強度也遠高于堿性磚，對機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)和過熱、熱疲勞等綜合損壞作用的抵抗能力比較強。

圖7  硅莫磚在經(jīng)過l 400℃×3h耐堿試驗后的剖面圖

　　2.3保溫材料
　　由于在常規(guī)耐火襯料設(shè)計時，保溫材料一般采用硅酸鹽鈣板，而固體廢棄物增加了堿氯硫的富集量，如沉集在硅鈣板，則產(chǎn)生損壞，熱損失加重，同時會嚴重腐蝕金屬錨固件，影響工作層的正常使用。為緩和此狀況，現(xiàn)出現(xiàn)了隔熱耐火澆注料來取代硅鈣板，并取得了明顯的效果。

　　2.4錨固件
　　目前，一些減緩金屬腐蝕的設(shè)計技術(shù)及耐腐蝕性強的材料也相繼出現(xiàn)，主要有如下幾個方面：

　　(1)在一些堿、氯、硫富集的部位，使用澆注料時，采用抗堿氯硫侵蝕的陶瓷錨固件，緩解了因煙氣侵蝕金屬錨同件而導(dǎo)致耐火材料的損壞，延長了耐火材料的使用周期。

　　(2)研究表明，在金屬錨同件表面涂上一層抗堿氯硫侵蝕的涂層，將有害物與金屬錨固件隔開，有效保護錨固件，延長其使用壽命，從而保護了耐火襯料，提高耐火襯料的使用周期(圖8)。

　　(3)由于錨固件的腐蝕主要是因煙氣通過膨脹縫、耐火襯料的裂縫等進入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在高溫下直接侵蝕錨固件，進而影響耐火材料的正常使用。某些廠家已經(jīng)將材料設(shè)計為兩層——工作層和輕質(zhì)隔熱層，將膨脹縫錯開，阻塞了煙氣的進入，有效地保護了金屬錨固件，進而促進耐火襯料的正常使用；同時，由于耐火襯料分為兩層，輕質(zhì)隔熱層的容重遠遠低于工作層，所以整體耐火襯料重量減輕，減緩了錨固件的機械應(yīng)力，從而延長其使用壽命。

　　3 合理選用耐火材料
　　根據(jù)預(yù)分解窯生產(chǎn)特點，以及窯內(nèi)襯料所承受的化學(xué)侵蝕及熱應(yīng)力、機械應(yīng)力等，對于生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備內(nèi)耐火材料選用情況大致如下：

　　(1)燒成帶和上下過渡帶均使用堿性磚，其品種有鎂鉻磚、無鉻的具有掛窯皮性能的尖晶石磚、含鋯和不含鋯的特種鎂磚以及白云石磚等。

　　在窯皮不穩(wěn)定甚至常有露磚的過渡帶內(nèi)一般選用尖晶石磚：在堿硫侵蝕嚴重的窯內(nèi)，選用硅莫磚(SiC浸滲高鋁磚)；在堿硫侵蝕低的窯內(nèi)也可選用鎂鉻磚。生產(chǎn)規(guī)模小、窯溫低、堿硫侵蝕低的上過渡帶后端可考慮特種高鋁磚。

　　在分解帶內(nèi)的熱端部位，若磚受侵蝕較快，壽命太短，也可采用硅莫磚或尖晶石磚。否則可用特種高鋁質(zhì)磚。分解帶的其余部位，則應(yīng)采用特種高鋁質(zhì)磚。

　　(2)大型窯的窯門罩以及篦式冷卻機喉部和高溫區(qū)內(nèi)溫度偏高的部位( 1250℃以上)，可采用抗剝落高鋁磚、硅莫磚或特種高鋁磚作工作層材料，但從襯體的使用壽命，襯體的牢固性及材料的施工性能等來考慮，此部位宜采用低水泥高強高鋁質(zhì)耐火澆注料，并根據(jù)工況條件來選用。

　　(3)在窯尾預(yù)熱部位包括窯內(nèi)分解帶以后的部位，預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)，三次風(fēng)管系統(tǒng)內(nèi)，襯料表面溫度> 1200℃的部位，應(yīng)采用硅莫磚、抗剝落磚、特種高鋁磚，或采用與上述磚性能接近的低水泥高強高鋁質(zhì)耐火澆注料，上述部位的襯料表面溫度< 1200℃，應(yīng)采用系列耐堿磚或耐堿澆注料。

　　(4)窯口部位可采用耐磨性能優(yōu)良的特種高鋁質(zhì)耐火磚和高鋁-碳化硅質(zhì)耐火澆注料。燃燒器外保護襯一般采用低水泥型高鋁-碳化硅質(zhì)耐火澆注料或特種高鋁質(zhì)耐火澆注料。但是必須注意，各條生產(chǎn)線使用的原燃料成分及性能差別很大，裝備經(jīng)長時期使用后，筒體及殼體變形情況也不一致，因此每條生產(chǎn)線必須按其生產(chǎn)特點及各種應(yīng)力作用的情況，綜合分析判斷，針對存在的問題對在生產(chǎn)中出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位，選用抗應(yīng)力的耐火襯料制品，只有這樣才能提高襯料的使用周期。

　　4 耐火材料的設(shè)計
　　襯料設(shè)計是提高襯料使用周期重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計時必須做好合理地選用襯料，采取措施減少襯料承受的熱、機械應(yīng)力、合理地選擇磚型、減少熱損失及增強襯體的牢固性。

　　(1)合理選擇磚型尺寸：襯料設(shè)計時，首先應(yīng)對系統(tǒng)內(nèi)裝備的形狀和生產(chǎn)特點作分析判斷，盡可能地選用耐火澆注料，以減少襯磚的使用。

　　磚型應(yīng)簡單，減少熱機械應(yīng)力對磚型薄弱部位的損壞，磚體重量有利于施工，目前回轉(zhuǎn)窯內(nèi)應(yīng)廣泛地采用的磚型是等中間尺寸 75mm的堿性磚和等大端尺寸 103mm的高鋁質(zhì)磚；不動裝備內(nèi)圓柱體采用VDZ標(biāo)準(zhǔn)的H型磚，圓錐體則采用VDZ標(biāo)準(zhǔn)的H型和G型磚搭配，上述磚型尺寸簡單，充分考慮了材質(zhì)的膨脹對其磚型尺寸的影響，且有利于生產(chǎn)制造、施工及生產(chǎn)過程中減緩熱機械應(yīng)力的影響。

　　(2)減少筒體散熱損失：襯料設(shè)計時應(yīng)盡量減少筒體溫度，減少散熱損失，有利于燒成系統(tǒng)內(nèi)熱工穩(wěn)定；此外筒體溫度愈低，則金屬筒體變形愈小，對襯料產(chǎn)生的熱機械應(yīng)力也愈小，因此在襯料設(shè)計時，做好隔熱襯料的選用及做好施工，才能有利于減少筒體溫度，相應(yīng)減少散熱損失。

　?。?）增強襯體的牢固性：生產(chǎn)過程中，襯料受熱、機械作用，造成裝備的某些部位襯體出現(xiàn)塌跨現(xiàn)象，解決襯體牢固性也是提高襯料使用周期的一個重要方面。

　　預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中，襯磚承受各種形式的熱、機械應(yīng)力的作用，窯內(nèi)襯磚的損壞和掉磚事故的原因是多方面的，除了襯磚和火泥泥漿的選用以及生產(chǎn)操作因素外，在襯磚設(shè)計時，磚型、磚縫以及檔磚圈的型式和設(shè)置部位直接影響襯磚的牢固。不動設(shè)備襯體設(shè)計時，磚型、托磚板、錨固件的型式和設(shè)置部位必需考慮周到。

　　解決不動設(shè)備高溫處的直墻塌倒襯的方法有三種。第一種是在金屬筒體內(nèi)壁的整個表面上，每隔一定間距定位焊接錨固釘圈，用錨固釘連接與之相配的錨固磚，使錨固磚與金屬筒體聯(lián)結(jié)在一起，錨固磚與筒體定位固定，其相鄰的平磚就不易掉落。將直墻用楔形磚和標(biāo)準(zhǔn)磚搭配砌成弧面墻，弧面墻受熱后不易倒塌。第三種方法是采用耐火澆注料，澆注料可塑性好，能牢固地固定在金屬筒體上，目前，設(shè)計采用耐火澆注料方式多，一方面可減少磚型數(shù)量，另一方面整體性能良好。

　?。?)部分設(shè)備特殊部位襯體的特種要求：在系統(tǒng)設(shè)備的部分襯墻設(shè)計中，必須解決的特殊技術(shù)要求，如大型裝備的頂蓋、重堿硫氯侵蝕部位的托磚板，需防止氣流接觸，篦冷機的直角墻體，以及燃燒器的澆注料和錨固釘?shù)呐渲?，都對襯料設(shè)計和襯料提出了相應(yīng)的技術(shù)要求。

　　總之，工業(yè)固體廢棄物大量用作原燃料是水泥工業(yè)發(fā)展的方向，而固體廢棄物成分較復(fù)雜。在水泥熟料煅燒過程中，有害元素在系統(tǒng)中揮發(fā)，融熔并產(chǎn)生富集，其中對耐火材料造成直接損壞的是堿氯硫，因此弄清楚其與耐火材料及金屬錨固件的化學(xué)、物理反應(yīng)情況，開發(fā)新一代的耐火材料、新的錨固件及新的設(shè)計方案，以提高耐火襯料的使用周期，滿足煅燒工業(yè)固體廢棄物的需求是必要的，也是水泥工業(yè)用耐火材料發(fā)展的必然趨勢。