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隨著水(shui)泥生產工(gong)藝技(ji)術(shu)的(de)(de)不斷更(geng)新和進步，水(shui)泥窯(yao)單條生產線向大型(xing)化方向發(fa)展，新型(xing)干法水(shui)泥生產技(ji)術(shu)具有窯(yao)溫高、窯(yao)速(su)快、系統(tong)結構復雜、堿等揮發(fa)性(xing)組份的(de)(de)侵(qin)蝕嚴重等特性(xing)，這對水(shui)泥窯(yao)用耐火(huo)材料(liao)提(ti)出了更(geng)加苛刻的(de)(de)要求。不定形(xing)耐火(huo)材料(liao)由于具有性(xing)能優良、施工(gong)方便、節省能源等優點在水(shui)泥工(gong)業中得到了廣泛應用，占(zhan)比(bi)接(jie)近50%左右。然(ran)而不定(ding)形(xing)耐(nai)火(huo)材料對(dui)現場(chang)施(shi)工質量(liang)要(yao)求較高，容易出(chu)現現場(chang)加水量(liang)過多，造成澆注料性(xing)能(neng)下降較快以及(ji)烘烤過程(cheng)中出(chu)現爆裂(lie)等問題。預制(zhi)件是將不定(ding)形(xing)耐(nai)火(huo)材料定(ding)形(xing)化，制(zhi)備工藝介于(yu)定(ding)形(xing)耐(nai)火(huo)材料和(he)不定(ding)形(xing)耐(nai)火(huo)材料之間，性(xing)能(neng)方(fang)面(mian)兼具有定(ding)形(xing)和(he)不定(ding)形(xing)的(de)優點，是不定(ding)形(xing)耐(nai)火(huo)材料施(shi)工和(he)應用技術進步(bu)的(de)一(yi)個新方(fang)向(xiang)，近幾(ji)年得到了快速發展。本(ben)文(wen)針對(dui)耐(nai)火(huo)預制(zhi)件的(de)特點以及(ji)在水泥窯中不同(tong)部位的(de)應用和(he)性(xing)能(neng)要(yao)求做了概述(shu)。
1、耐(nai)火預制件(jian)的特點及要求
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。
水泥窯(yao)關鍵(jian)部位耐(nai)火材(cai)料在施(shi)工過程中(zhong)需要較高的施(shi)工質量(liang)，而在水泥窯(yao)檢修期間，一般工期較短，現場澆注施(shi)工質量(liang)難以(yi)保(bao)證，施(shi)工質量(liang)的好壞對(dui)耐(nai)火材(cai)料的使(shi)用壽命(ming)有很大的影(ying)響。加(jia)水量(liang)的增(zeng)加(jia)會使(shi)澆注料的氣(qi)孔率增(zeng)大，強度(du)降低，并嚴重(zhong)影(ying)響澆注料的耐(nai)磨性(xing)能。澆注料施(shi)工完(wan)畢，必(bi)須有一定的養護時間，養護完(wan)成后還必(bi)須進行(xing)烘烤處理，否則(ze)容易爆裂。
耐(nai)火(huo)(huo)預制(zhi)件(jian)由于(yu)制(zhi)作(zuo)過(guo)程在(zai)生產企(qi)業進行，可(ke)以克服現場施(shi)工(gong)(gong)(gong)時間緊迫(po)、環境(jing)季節溫度(du)變(bian)化、現場施(shi)工(gong)(gong)(gong)管(guan)理等(deng)因素產生的(de)不利(li)影(ying)響，經(jing)過(guo)充(chong)分(fen)的(de)養(yang)護和嚴格的(de)烘烤能夠(gou)保證施(shi)工(gong)(gong)(gong)質量，大(da)幅(fu)降低因施(shi)工(gong)(gong)(gong)不規范造成的(de)質量問題，使(shi)耐(nai)火(huo)(huo)材料的(de)性能得以充(chong)分(fen)發揮。安裝后直接點火(huo)(huo)使(shi)用，縮短(duan)了檢修時間，能夠(gou)創(chuang)造良好的(de)經(jing)濟(ji)效益。
2、水泥窯(yao)不同部位對預制(zhi)件的性(xing)能要(yao)求
2.1篦(bi)冷機矮墻及(ji)頂部預制件
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)的(de)(de)形狀尺寸和結(jie)(jie)構形式與其使用部位有關(guan)系。對(dui)于篦冷機矮墻用預制(zhi)件(jian)來(lai)說(shuo)，為提(ti)高矮墻結(jie)(jie)構的(de)(de)穩定性，每塊預制(zhi)件(jian)的(de)(de)上下(xia)表面分別帶有溝槽(cao)或(huo)(huo)凸舌。通(tong)過舌、溝之(zhi)間的(de)(de)結(jie)(jie)合，限制(zhi)了(le)各砌塊之(zhi)間的(de)(de)滑動，提(ti)高了(le)砌體結(jie)(jie)構的(de)(de)整(zheng)體性和穩固(gu)性。對(dui)于篦冷機頂部，特別是一段高溫區域(yu)，預制(zhi)件(jian)可以通(tong)過錨固(gu)件(jian)與頂部進(jin)行(xing)焊(han)接(jie)或(huo)(huo)螺(luo)栓連接(jie)，也可以通(tong)過直接(jie)采用懸掛(gua)在(zai)鋼板上的(de)(de)方式進(jin)行(xing)連接(jie)，施工效(xiao)果見圖1，篦(bi)冷機矮墻(qiang)及頂(ding)部預制(zhi)件(jian)的(de)典型(xing)性能(neng)指標(biao)見(jian)表(biao)1。
圖1篦冷機頂部預制件施工效果圖
2.2三(san)次(ci)風管(guan)彎道預制件(jian)
水泥(ni)窯三次(ci)風管彎(wan)道(dao)內襯不僅(jin)需要(yao)承受(shou)飽含大(da)量細顆粒(li)熟(shu)料的(de)高速(su)三次(ci)風氣流(liu)的(de)沖刷，而且還要(yao)承受(shou)在800~1200℃工作溫度條件(jian)下嚴重的(de)堿(jian)腐蝕，造成內(nei)襯經(jing)常剝落。三次風管(guan)彎(wan)道內(nei)襯所用(yong)的(de)耐磨材(cai)料(liao)經(jing)歷(li)了高鋁澆(jiao)(jiao)注料(liao)、莫來石剛(gang)玉(yu)澆(jiao)(jiao)注料(liao)以(yi)及(ji)高耐磨磚與莫來石剛(gang)玉(yu)澆(jiao)(jiao)注料(liao)組合而成的(de)框架結構等(deng)一系(xi)列(lie)發展歷(li)程，而目前多(duo)數采用(yong)以(yi)剛(gang)玉(yu)和(he)碳(tan)化硅為(wei)主(zhu)要材(cai)質的(de)超高強耐磨澆(jiao)(jiao)注料(liao)，在三次風管(guan)彎(wan)道處的(de)使用(yong)效果較好[5]。在制(zhi)(zhi)(zhi)備三次風管彎(wan)道預制(zhi)(zhi)(zhi)件的過程中，預制(zhi)(zhi)(zhi)件形狀尺寸需要考慮風管直徑大小，將預制(zhi)(zhi)(zhi)件形狀設計(ji)成帶弧狀的楔(xie)形結構，有利于(yu)增強(qiang)塊與塊之(zhi)間的結合緊(jin)密程度[6]。根據預制(zhi)件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)溫度(du)條件(jian)，采用超低水泥和(he)(he)超微粉復合結合的(de)方式，主要著(zhu)力于提高預制(zhi)件(jian)在工(gong)作(zuo)條件(jian)下的(de)性(xing)能(neng)。國內部分廠家生產的(de)三次風(feng)管彎道預制(zhi)件(jian)的(de)外觀和(he)(he)典(dian)型性(xing)能(neng)指標分別見(jian)表2，圖2。
表2三次(ci)風(feng)管彎道預制(zhi)件性(xing)能指(zhi)標
2.3三次(ci)風管閘(zha)板(ban)預制件
在(zai)新型(xing)干法水泥窯中主要通過調(diao)節(jie)三次風(feng)管閘(zha)(zha)板(ban)的(de)(de)開合度，從而調(diao)節(jie)回轉(zhuan)窯內的(de)(de)風(feng)量(liang)并保證分解(jie)爐內煤粉充分燃燒(shao)所需的(de)(de)氧含(han)量(liang)。閘(zha)(zha)板(ban)在(zai)使用(yong)中始終受到(dao)高溫高速氣流的(de)(de)正面(mian)(mian)沖擊，煙氣流速高，并且含(han)塵濃度大，所含(han)顆(ke)粒的(de)(de)硬度高，通常閘(zha)(zha)板(ban)容易產生嚴重磨損。三次風(feng)管閘(zha)(zha)板(ban)預制件在(zai)結構方面(mian)(mian)采用(yong)優(you)質(zhi)的(de)(de)耐熱鋼作為骨架，并焊接(jie)上(shang)錨(mao)固件，確保閘(zha)(zha)板(ban)在(zai)高溫條件下不變(bian)形，施(shi)工過程如(ru)圖3所示。在耐熱(re)鋼(gang)和(he)錨固件(jian)(jian)表面涂刷瀝(li)青漆后(hou)采用(yong)添加有(you)鋼(gang)纖維的剛(gang)玉莫來(lai)石澆注(zhu)料進行澆注(zhu)成(cheng)型(xing)(xing)，既能使澆注(zhu)料和(he)錨固件(jian)(jian)緊密(mi)的形成(cheng)整(zheng)體，也為兩者之間的應力(li)緩沖提供了一定空間。為了降低(di)高溫烘烤對鋼(gang)結構性能的影響(xiang)，三次風(feng)管閘板預制(zhi)件(jian)(jian)的整(zheng)體烘烤溫度比水泥窯其他部位使用(yong)的預制(zhi)件(jian)(jian)要低(di)，滿足充分排(pai)除(chu)結合水和(he)提高強度的要求，三次風(feng)管閘板預制(zhi)件(jian)(jian)的典型(xing)(xing)性能指標如表3所示。
表(biao)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(yao)頭罩預制件
窯(yao)頭(tou)(tou)罩位于回轉窯(yao)的(de)(de)排料端(duan)，噴煤管(guan)穿過窯(yao)頭(tou)(tou)置伸入窯(yao)口內(nei)，隨(sui)著回轉窯(yao)向大型化(hua)方向發展，窯(yao)頭(tou)(tou)罩內(nei)跨度(du)也越來越大，受沖(chong)刷、冷(leng)熱突變頻繁和(he)熱震的(de)(de)作用(yong)，使用(yong)條(tiao)件十分(fen)苛刻。此部位的(de)(de)內(nei)襯(chen)通常(chang)采用(yong)莫來石(shi)和(he)碳化(hua)硅作為主要(yao)材質，設計成預(yu)(yu)制(zhi)(zhi)件的(de)(de)方法，與定(ding)形產品(pin)相比可以滿足復雜形狀(zhuang)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)要(yao)求，并(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)保證(zheng)預(yu)(yu)制(zhi)(zhi)件不(bu)同部分(fen)的(de)(de)均勻性和(he)致密度(du)，與不(bu)定(ding)形產品(pin)相比能(neng)夠(gou)給予充(chong)分(fen)的(de)(de)養護和(he)烘烤時間(jian)，實現快速(su)安裝，免受水泥廠施(shi)工環境(jing)影響，國內(nei)某廠家生產的(de)(de)窯(yao)頭(tou)(tou)罩預(yu)(yu)制(zhi)(zhi)件形狀(zhuang)外觀和(he)性能(neng)指標分(fen)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4窯頭罩預制件性能指標
圖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。
