前言  

據(jù)中國耐火材料行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019年全國耐火材料產(chǎn)量2430.75萬噸，同比增長3.65%。其中，致密定形耐火制品1341.36萬噸，同比增長1.05%；特種耐火制品增長3.44%。保溫隔熱耐火制品58.90萬噸，同比增長8.87%；不定形耐火制品1030.49萬噸，同比增長6.93%。從耐火材料品種的增長趨勢上看，不定形耐火制品和保溫節(jié)能耐火制品增長最快。但是就目前用于水泥窯預(yù)分解系統(tǒng)中的耐火材料，因生產(chǎn)規(guī)模和裝備規(guī)格大幅增加，造成系統(tǒng)內(nèi)耐火襯體所承受的應(yīng)力出現(xiàn)了諸多變化，窯溫更高，窯速加快，更多堿等揮發(fā)性組分的侵蝕和高磨蝕。近年來，水泥窯協(xié)同處置工業(yè)和城市廢物取得長足進(jìn)展，不同行業(yè)的工業(yè)廢物和低品位原燃料，大量地用作水泥原燃料，一些有害元素和重金屬元素也隨之帶入系統(tǒng)內(nèi)，使系統(tǒng)內(nèi)耐火材料經(jīng)常損壞[1]。中國某水泥有限公司5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，其窯尾煙室及分解爐錐體、三次風(fēng)閘閥、篦冷機(jī)喉部、篦冷機(jī)矮墻等部位原來均使用傳統(tǒng)的耐火澆注料，但這些易損部位受到水泥窯惡劣工藝條件和窯內(nèi)風(fēng)速、煙氣成分及含塵量、顆粒硬度、溫度波動等諸多因素的影響，加上相應(yīng)的化學(xué)侵蝕、沖刷磨損、機(jī)械應(yīng)力及熱剝落，使用壽命一般不長[2]。耐火澆注料過早損壞的情形經(jīng)常出現(xiàn)，大大降低了水泥窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率及熟料產(chǎn)量，增加了停窯檢修次數(shù)和檢修費(fèi)用，并連鎖反應(yīng)影響到其他部位耐火材料的使用壽命。在這種情況下，鄭州瑞泰節(jié)能復(fù)合結(jié)構(gòu)件方案的提出引起了廣泛的關(guān)注。  

1.綜述  

水泥窯很多部位使用不定形耐火材料，特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)。但新型干法水泥窯溫較高、轉(zhuǎn)速較快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水泥廠為了提高產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，多采用強(qiáng)化煅燒工藝、提高窯體轉(zhuǎn)速、加大噴煤量等措施，使窯內(nèi)火焰溫度升高、溫度波動較大、熱應(yīng)力增加，加上窯載荷增大，堿、氯、硫等有害物質(zhì)富集，給水泥窯用耐火材料的正常使用帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。尤其是篦冷機(jī)、窯頭罩、三次風(fēng)管彎頭、煙室等部位采用的澆注料經(jīng)常受到損毀，需要停窯檢修，嚴(yán)重影響水泥窯運(yùn)行效率。按照每噸水泥熟料平均消耗300g澆注料（平均價格4000元計），2019年，我國水泥企業(yè)共消耗澆注料超60萬噸，需要投入24億元。因此，開發(fā)長壽、高效、節(jié)能的耐火材料制品，解決水泥窯運(yùn)行因為澆注料損毀修爐而制約運(yùn)行效率，成為水泥行業(yè)迫切需要的解決的共性難題，它不僅對我國水泥窯的運(yùn)行效率具有重大意義，也對水泥窯的節(jié)能減排具有重大意義。  

目前造成水泥窯預(yù)分解系統(tǒng)損壞的兩大原因[3]是：一、氣體的侵蝕。預(yù)分解窯充分利用了余熱預(yù)熱，使得堿、硫酸鹽和氯化物在窯內(nèi)揮發(fā)、凝聚，在窯中大量富集并反復(fù)循環(huán)，與原始生料相比在最熱組預(yù)熱器的窯料中R2O增加了5倍，SO3增加了3～5倍，與耐火材料長時間接觸，引起化學(xué)變化，造成耐火材料的侵蝕和破壞。二、耐火材料的剝落。大型預(yù)分解窯多采用多風(fēng)道噴煤嘴，一次風(fēng)量較大，因此火焰溫度提高很多，加上窯頭又加強(qiáng)了密閉，窯內(nèi)火焰溫度約為1700~1800℃，使得窯口、冷卻帶、燒成帶、過渡帶、分解帶甚至窯門罩、冷卻機(jī)的溫度水平遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯的相應(yīng)部位。當(dāng)與加熱面接觸的熔渣、粉塵、氣體等侵入耐火材料，由于這些熔媒以及熱的作用，在加熱面附近產(chǎn)生變質(zhì)層，這種變質(zhì)部分因液相過多收縮而剝落。日產(chǎn)2000t的預(yù)分解窯直徑為4m，日產(chǎn)4000的預(yù)分解窯直徑為4.7米，轉(zhuǎn)速達(dá)到3~4轉(zhuǎn)/分。窯徑加大、窯溫提高、轉(zhuǎn)速加快，而耐火磚是在高溫下隨筒體一起轉(zhuǎn)動的，加上托輪的支撐,窯體重力以及窯內(nèi)物料的沖擊作用，機(jī)械振動和變形加劇,耐火材料的破壞也同時加劇，造成耐火材料剝裂。  

鄭州瑞泰司為了解決該難題，研發(fā)使用復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件，通過工藝優(yōu)化解決材料間的熱失配及界面結(jié)合的問題，提高產(chǎn)品的整體強(qiáng)度；復(fù)合結(jié)構(gòu)件在成型過程中直接成型出鎖扣狀  

結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)件可適用于水泥窯系統(tǒng)各種復(fù)雜形狀部位，便于現(xiàn)場快速安裝。  

這種復(fù)合結(jié)構(gòu)方案具有節(jié)能、長壽、高效等特點(diǎn)，可替代澆注料施工方案，解決澆注料壽命不穩(wěn)定、維修、烘窯工期長等缺點(diǎn)，為水泥行業(yè)提高運(yùn)行效率和節(jié)能減排的整體技術(shù)進(jìn)步提供物質(zhì)支撐。針對復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件使用部位不同，對結(jié)構(gòu)件材料性能要求也有些許不同，主要分為三大類：高耐磨材料、抗結(jié)皮材料和耐堿材料。  

2.復(fù)合節(jié)能結(jié)構(gòu)件的制備  

原料有細(xì)度為5-3、3-1、＜1mm的公司自制預(yù)合成M70礬土基莫來石細(xì)粉，細(xì)度均＜0.074mm的紅柱石粉、80均化料、?