水泥廠(chǎng)中水泥窯是生產(chǎn)的心臟。要想保證窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)并提高運(yùn)轉(zhuǎn)周期，正確合理的選用水泥窯用耐火材料和保溫材料至關(guān)重要。耐火材料在水泥窯上的作用主要是保護(hù)筒體，使之延長(zhǎng)壽命和隔熱，耐火窯襯在選擇時(shí)必須同時(shí)考慮其他使用壽命、經(jīng)濟(jì)效果、砌筑、檢修、可靠性及是否對(duì)水泥質(zhì)量產(chǎn)生影響等。
近幾年，隨著水泥煅燒技術(shù)的發(fā)展，水泥窯用耐火材料發(fā)展很快，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法相繼開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于水泥窯上，為水泥工業(yè)的發(fā)展提供了有利條件。
水泥窯口作為窯體的組成部位，是水泥窯最易損毀的部位，是全窯襯里得最薄弱的環(huán)節(jié)。水泥窯用耐火材料使用壽命最短的是窯口。當(dāng)該部位耐火材料損蝕后，往往會(huì)造成窯口筒體變形嚴(yán)重，甚至開(kāi)裂，最后不得不更換筒體，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，給企業(yè)帶來(lái)絕大的經(jīng)濟(jì)損失。
對(duì)水泥窯口蝕損機(jī)理的探討
目前，水泥窯口的耐火材料有兩種；定型制品及耐火材料。不論是何種耐火材料，其在窯口的蝕損方式大致有以下三種：
1）化學(xué)蝕損；2）機(jī)械蝕損；3）物理蝕損
如下分析了上述三種蝕損方式的蝕損機(jī)理。
化學(xué)蝕損機(jī)理的探討
堿蝕
窯口處窯氣溫度可高達(dá)1400℃左右，且于1100~1400℃之間來(lái)回波動(dòng)，該部位耐火材料襯體由于沒(méi)有穩(wěn)定的窯皮保護(hù)，窯口部位直接暴露在空氣中，飽受各種形式堿侵蝕；存在熟料熔體中堿化合物的侵蝕，從冷卻機(jī)揮發(fā)出的堿化合物的侵蝕，二次空氣氣流內(nèi)堿的揮發(fā)物的侵蝕等等，堿的侵蝕對(duì)窯襯的破壞十分嚴(yán)重。經(jīng)實(shí)際考察；在山東鋁業(yè)公司水泥廠(chǎng)各懸窯窯口使用澆注料居多，其材質(zhì)基本為高鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)。上述兩種材質(zhì)在使用中受到高溫機(jī)強(qiáng)堿的侵蝕，耐火材料中的Al2O3、SiO2等化學(xué)成分與堿化合物生成了R2O·11Al2O3、R2O·Al2O3·2SiO2和R2O·Al2O3等礦物，在上述反應(yīng)中使晶格發(fā)生膨脹，同時(shí)產(chǎn)生的是不可逆的體積變化，這種體積變化在變質(zhì)層出產(chǎn)生脹縮剪應(yīng)力，導(dǎo)致該部位襯體不斷開(kāi)裂剝落，以致造成該部位襯體的變形、開(kāi)裂、嚴(yán)重時(shí)甚至不得不更換筒體，使窯的運(yùn)轉(zhuǎn)周期降低，嚴(yán)重影響了工業(yè)大生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
熱損蝕
熱損蝕最常見(jiàn)的形式是襯體熱面層炸裂。主要是由于開(kāi)窯時(shí)烘烤、升溫過(guò)快，停窯時(shí)冷卻過(guò)猛、或正常操作中無(wú)窯皮露襯造成的。由于無(wú)窯皮保護(hù)，襯面溫度在幾秒鐘內(nèi)猛增500℃，熱震破壞嚴(yán)重；停窯時(shí)冷空氣迅速進(jìn)入窯內(nèi)，窯襯溫度驟然降低，使襯面原有裂紋迅速擴(kuò)大，造成炸裂，這就要求耐火材料應(yīng)具有極好的熱震穩(wěn)定性。
耐火材料的熱震穩(wěn)定性隨它的導(dǎo)熱系數(shù)（λ）和力學(xué)強(qiáng)度（τ）的增加而增加，隨它的熱膨脹系數(shù)（ɑ），彈性模量（E）、比熱（c）體積密度（γ）的增加而降低，即：
K=λτ/cγɑ E
可見(jiàn)，耐火材料的熱膨脹系數(shù)和彈性模量是其本質(zhì)決定的，因此必須設(shè)法提高耐火材料的強(qiáng)度來(lái)提高其熱震穩(wěn)定性。同時(shí)，操作過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制開(kāi)、停窯的升溫速度和盡量減少停窯次數(shù)，來(lái)克服耐火襯體的這一弱點(diǎn)。
物理蝕損
耐火窯口最常見(jiàn)的損壞方式是：窯口護(hù)鐵外傾，壽命短。這是因?yàn)闆](méi)有充分考慮到窯內(nèi)耐火磚的縱向熱脹所至。經(jīng)計(jì)算，窯內(nèi)耐火磚的縱向熱膨脹時(shí)相當(dāng)大的，如不采取相應(yīng)措施，所產(chǎn)生的縱向應(yīng)力十分驚人。以鎂鉻磚為例；當(dāng)燒成帶筒體300℃，磚比筒體熱脹多達(dá)50mm。當(dāng)襯料內(nèi)表面1300℃時(shí)，外表面200℃時(shí)，將形成660MPa的熱應(yīng)力，這一巨大的熱應(yīng)力作用于前窯口，使護(hù)鐵外傾，使耐火襯體松動(dòng)、跨落、如在此設(shè)一擋磚圈，將起到四兩撥千斤的作用。
機(jī)械破損
水泥窯口部位，由于缺少穩(wěn)定窯皮的保護(hù)，高溫熟料不斷地沖刷、磨蝕該部位，高溫氣流的沖蝕也相當(dāng)嚴(yán)重，使窯口機(jī)械損壞較為強(qiáng)烈。此外，由于窯的金屬殼體并不是剛性的，加上窯的橢圓度的影響，窯筒體在轉(zhuǎn)動(dòng)中都要發(fā)生或大或小的變形，在窯襯內(nèi)導(dǎo)致壓、拉、和剪應(yīng)力，加上窯內(nèi)耐火磚相互間持續(xù)出現(xiàn)的相對(duì)位移和局部應(yīng)力，導(dǎo)致窯口襯體的斷裂、開(kāi)裂、剝落，當(dāng)使用耐火磚時(shí)，甚至“抽簽”掉磚。
1）耐高溫：2）耐堿性能好：3）熱震穩(wěn)定性好；4）高強(qiáng)耐磨。
試驗(yàn)
以高鋁骨料為主要原料，以純鋁酸鈣水泥作結(jié)合劑，引入適量的氧化鋁超微粉和復(fù)合外加及。主要原料的化學(xué)成分如表1所示。
以上述原料配制耐火澆注料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫性能，但存在耐堿性和熱震穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)。為適用于水泥窯口的苛刻條件，尚需提高材料熱震穩(wěn)定性和耐堿性能，以石英溫度急驟變化和堿化合物的侵蝕，提高其使用壽命。
通過(guò)對(duì)一些列耐火材料的抗熱震性總結(jié)概括可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律：有兩個(gè)或兩個(gè)以上熱膨脹系數(shù)有一定差異的物相，以適當(dāng)比例構(gòu)成的“復(fù)相材料”的熱震性往往比單相材料更為優(yōu)良。本次試驗(yàn)運(yùn)用了：“復(fù)相改性”原理，添加外加物a，與高鋁礬土構(gòu)成復(fù)相材料，由于二者熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致在相的界面上產(chǎn)生微裂紋，使其具備微裂紋增韌的機(jī)制，從而提高了材料的熱震穩(wěn)定性。
同時(shí)外加物a在提高澆注料的熱震穩(wěn)定性之時(shí)，在高溫下雨原料中的氧化鋁反應(yīng)，形成新的礦物想，該礦物相為致密材料，包裹于高鋁骨料周?chē)纬梢粚颖Ｗo(hù)膜，阻止了堿與氧化鋁等成分的進(jìn)一步反應(yīng)，使?jié)沧⒘夏蛪A性大大提高。
試樣的制備
按一定的配比配料，采用振動(dòng)成型制成40×40×160mm試樣，進(jìn)行性能檢測(cè)。
澆注料性能檢測(cè)
澆注料各種性能檢測(cè)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
耐堿性檢測(cè)：由我方制備澆注料試塊，規(guī)格為100×100×100mm，送至淄博市耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢測(cè)，耐堿度為國(guó)家二級(jí)。即試樣經(jīng)工業(yè)無(wú)水碳酸鉀于1000℃恒溫5小時(shí)侵蝕后，試樣表面產(chǎn)生的裂紋寬度小于1.0mm，可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。
新型耐堿澆注料研制成功后，于2000年4月首次應(yīng)用于山東鋁業(yè)公司水泥廠(chǎng)7號(hào)窯窯口，用料十噸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為224天。
因該材料耐堿、高強(qiáng)、已推廣到山東鋁業(yè)公司氧化鋁廠(chǎng)熟料窯口（熟料中堿含量高達(dá)20%），氧化鋁廠(chǎng)的懸窯系統(tǒng)，各懸窯噴煤管等處。目前，累計(jì)用量已達(dá)200余噸。
經(jīng)生產(chǎn)使用后證明：該材料可使窯口的使用周期提高到以前（一般不超過(guò)90天）的2倍。滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要，具有良好的推廣前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
施工中注意的問(wèn)題
盡管窯口結(jié)構(gòu)不盡相同，窯口使用澆注料之間，筒體上必須焊上金屬錨固件。
窯口施工采用環(huán)向聯(lián)系澆筑方法，采用該方法需要延其環(huán)向長(zhǎng)度進(jìn)行整體澆筑，不需流膨脹縫。在烘干升溫中，至少經(jīng)35小時(shí)升至正常使用溫度，否則影響澆筑體使用壽命。
結(jié)論
1）研制的新型耐堿澆注料成功應(yīng)用于水泥廠(chǎng)、氧化鋁廠(chǎng)大型回轉(zhuǎn)窯窯口等部位。
2）新型耐堿澆注料與傳統(tǒng)耐火材料相比，提高窯口使用壽命一倍以上（達(dá)180天以上），具有廣泛的推廣前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
