新型干法水泥生产线耐火材料手册

新型干法水泥生产线耐火材料手册陆秉权 曾志明 主编 中国建材工业出版社第 1 页 共 68 页目 录1. 水泥预分解线的窑炉系统 .51.1 水泥预分解生产线窑炉耐火材料的选择 .51.2 预热器及预分解窑炉 .51.2.1 预热器和预分解炉热工制度有如下特点： .51.2.2 预热器分解炉对耐火材料的要求 .51.2.3 耐火材料的配置实例 .61.3 回转窑 .61.3.1 回转窑的机械特点及对耐火材料的强度要求 .71.3.2 沿轴向分布的回砖窑的各个热工带 .71.3.3 水泥预分解生产线回转窑耐火材料配置实例 .71.4 篦式冷却机 .91.4.1 篦式冷却机的热工特点及耐火材料 .91.4.2 篦冷机耐火材料应用实例 .91.5 窑头罩、喷煤管与三次风管 101.6 回转窑砖型的改进与选择 101.6.1 新标准系统耐火砖的配置 101.6.2 我国回转窑用耐火砖的砖型标准 111.6.3 回转窑衬砖高度的选择 132. 耐火材料的主要理化性能及检测 132.1 耐火材料的结构性质 132.1.1 体积密度 132.1.3 真密度 142.1.4 吸水率 142.1.5 透气度 142.2 耐火材料的热学性质 142.2.1 热膨胀 142.2.2 热导率 142.3 耐火材料的力学性质 152.3.1 强度 152.3.1.1 常温耐压强度 152.3.1.2 常温抗折强度 152.3.1.3 高温耐压和抗折强度 152.3.2 耐火材料的常温耐磨性 152.4 耐火材料的使用性能 152.4.1 耐火度 152.4.2 荷重软化温度 162.4.3 热震稳定性 162.4.4 重烧线变化 162.5 耐火材料的抗化学侵蚀性 162.6 耐火材料的作业性 1722.7 耐火砖的挂窑皮性能 172.7.1 化学成分 172.7.2 耐火砖的显微结构 182.7.3 水泥生料和燃料与耐火材料的化学适应性 183. 水泥行业常用的耐火材料 183.1 高铝质耐火材料及其制品 183.1.1 高铝质耐火材料的主要矿物 183.1.2 高铝质耐火材料的主要性能 183.1.3 高铝质耐火材料制品的主要性能 183.1.3.1 一般用途的高铝砖 183.1.3.2 水泥窑用磷酸盐结合高铝砖 193.1.3.3 莫来石及其制品 203.1.3.4 刚玉质耐火制品 213.1.3.5 抗剥落高铝砖 213.2 碱性耐火材料及制品 213.2.1 镁质耐火材料及制品 213.2.2 镁铬耐火材料及其制品 213.2.3 镁铝砖 233.2.4 白云石耐火制品 243.3 黏土耐火制品和黏土隔热耐火制品 243.3.1 黏土耐火制品 243.3.2 隔热耐火制品 263.4 水泥工业常用的耐火纤维 283.5 不定形耐火材料 283.5.1 轻质耐碱浇筑料 283.5.2 耐碱浇筑料 293.5.3 高强耐火浇筑料 293.5.4 钢纤维增强耐火浇筑料 293.5.5 其他耐火浇筑料 303.6 耐火泥浆 303.9 硅酸钙隔热材料 304. 耐火材料砌筑工程的施工 304.1 耐火砖的砌筑 304.1.1 火泥的调制 304.1.2 湿法砌筑 304.1.3 锚固砖砌筑 304.1.4 拱圈内的锁砖 304.1.5 拱圈耐火砖的挑选和加工 304.1.6 干法砌筑 304.1.7 膨胀缝的留设 304.1.7.1 耐火砖砌体膨胀缝宽度 304.1.7.2 耐火浇筑料膨胀缝宽度 304.1.7.3 膨胀缝的位置 304.2 隔热衬料硅盖板的施工 30第 3 页 共 68 页4.2.1 施工前的准备 304.2.3 对砌缝和底泥的要求 304.2.4 硅酸钙板的砌筑 304.3 耐火浇筑料施工 304.3.1 耐火浇筑料的适宜范围及一般要求 304.3.2 耐火浇筑料的施工 304.3.2.1 耐火浇筑料的搅拌 304.3.2.2 浇筑 304.3.3 浇筑料的硬化和养护 304.3.4 预热器和分解炉系统的烘干与加热 304.3.5 维修 304.3.6 耐火浇筑料衬料中扒钉的尺寸及定位 304.3.7 扒钉长度与浇筑料厚度 304.3.8 浇筑区的划分和控制缝的留设 304.3.8.1 耐火浇筑料的收缩和膨胀 304.3.8.2 膨胀缝的影响范围 304.3.8.3 膨胀缝的宽度控制 304.3.8.4 膨胀缝位置的优选 304.3.8.5 控制缝的设置 304.3.9 易发生的浇筑缺陷 304.4 回转窑衬料砌筑 304.4.1 衬砖 304.4.2 耐火胶泥 304.4.3 回转窑衬料砌筑要求 304.4.3.1 砌筑前的放线 304.4.3.2 耐火砖的干砌与湿砌 304.4.3.3 锁紧砖，楔紧钢板和砌筑 304.4.4 膨胀缝 304.4.5 挡砖圈的衬砖及砌筑 304.4.6 支撑方法 304.4.6.1 螺旋千斤顶法 304.4.6.2 窑架法 304.4.6.3 粘贴法 304.4.7 回转窑特殊部位的砌筑要求 304.4.7.1 回转窑筒体焊接高出部位的砌筑 304.4.7.2 回转窑筒体变形部位的砌筑 304.4.7.3 入料端耐火浇筑料的砌筑 304.4.8 回转窑耐火材料的砌筑检查 304.5 窑头罩衬料砌筑 304.5.1 窑头罩拱顶的砌筑 304.5.2 大面积直墙的砌筑 304.5.3 窑头罩与篦冷机之间的补偿 304.6 篦冷机衬料砌筑 304.6.1 各部位的材质 3044.6.2 篦冷机各部位砌筑时的注意事项 304.6.3 顶盖的砌筑 304.7 旋风预热器和分解炉系统衬料砌筑 304.7.1 施工一般性要求 304.7.2 烟室的浇筑 304.7.3 空气炮管预埋处的衬料浇筑 304.7.4 旋风预热器和分解炉底部锥面料斗和缩口的衬料浇注 304.7.5 旋风筒顶盖即上升管道的衬料浇注 304.7.6 下料管衬料的砌筑 304.7.7 喷煤管的砌筑 304.7.8 三次风管的砌筑 305. 窑衬的使用和维护 305.1 窑衬的烘烤和冷却 305.1.1 窑系统的烘烤 305.1.1.1 烘窑前的准备 305.1.1.2 烘干升温曲线 305.1.1.3 烘烤期间窑的慢转 305.1.1.4 烘窑作业的安全检查 305.1.1.5 窑尾高温风机的启动和运转 305.1.1.6 篦冷机冷却风机的运转 305.1.1.7 篦冷机排风机的运转 305.1.1.8 增湿塔喷水 305.1.2 烘烤结束后的工作 305.2 水泥回转窑烘烤实例 305.3 窑点火运行 305.3.1 第一次投料挂新窑皮 .305.3.1.1 窑点火升温 305.3.1.2 投料挂窑皮 305.3.2 挂窑皮时生料的率值控制 305.4 窑皮的维护 305.5 窑的冷却 305.5.1 计划停窑时的窑冷却 305.5.2 故障停窑 30第 5 页 共 68 页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；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 8001200 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6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。1.2.3 耐火材料的配置实例表一： 2500t/d 生 产线耐火材料配置序号 预热器和分解炉 耐火保温材料材质 浇筑料材质1 级预热器2 级预热器3 级预热器NJ-30（AL2O3 含量为 30%的水泥窑用耐碱砖）GT-13NL（高强耐碱浇筑料）4 、级预热器5 分解炉上部AL2O3 含量为 40%45%的高强耐碱砖GT-13NL（高强耐碱浇筑料）6 分解炉下部 AL2O3 含量为 85%的高铝砖 GJ-15B 高铝质低水泥浇筑料7 窑尾烟室 AL2O3 含量为 48%的高强耐碱砖 GT-13NL（高强耐碱浇筑料）表二： 德国雷法公司配置建议（保温材料略）序号 预热器和分解炉 耐火砖材质 浇筑料材质1 、级预热器2 级预热器KX30（AL2O3 含量 30%的耐磨耐碱砖）3 级预热器4分解炉上部KX40（AL2O3 含量 40%45%的耐磨耐碱砖）Rcy40（AL2O3 含量42%44%的浇筑料）5 分解炉下部 KX85（AL2O3 含量 85%或更高的高铝砖） Rcy50（AL2O3 含量55%57%的浇筑料）6 窑尾烟室 KX30（AL2O3 含量 30%的耐磨耐碱砖） Rcy40（AL2O3 含量42%44%的浇筑料）第 7 页 共 68 页1.3 回转窑1.3.1 回转窑的机械特点及对耐火材料的强度要求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 （%）=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：D=3H/4R02*D*ED式中： D压应力（N/m ）；D窑体的椭圆（mm），D=2R0R0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椭圆 率（%） 椭圆度（mm） 压应力（N/m）0.3 12 11.250.4 16 1500.5 20 18.750.6 24 22.51.3.2 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 1.52.0m预热带 也称分解带。后过渡带 也称过渡带烧成带前过渡带8窑口1.3.3 水泥预分解生产线回转窑耐火材料配置实例我国部分工厂配置实例窑规格 窑口前过 渡带 烧成带 后过渡带 安全带 预热带 喂料带3.250m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3.250m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3.552m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4.060m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5.676m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雷法公司对回转窑的砌筑建议序号 窑热工带 耐火砖材质 砌筑方法 轴向膨胀缝 径向膨胀缝高铝砖 无 无1 卸料带 尖晶石砖 干砌或火泥 砌筑 无 2mm 纸板特种镁砖 无尖晶石砖 无2mm 纸板（1%砖长）2 下过渡带直接结合碱性砖干砌或火泥砌筑特种镁砖 无高温煅烧镁铬砖 无2mm 纸板（1%砖长）直接结合碱性砖3 烧成带白云石砖干砌或火泥砌筑尖晶石砖 无特种镁砖 无镁铬砖 无2mm 纸板（1%砖长）4 上过渡带直接结合碱性砖干砌或火泥砌筑第 9 页 共 68 页5 安全带 高铝砖 无 无轻质耐火砖 无 无高耐磨砖 无 无6 分解带黏土砖干砌或火泥砌筑无 无雷法公司对回转窑耐火材料配置的建议耐火衬料长度 耐火衬料牌号带别D4.0m D4.0m 正常热负荷 热负荷高窑口 挡砖圈上坡方向最多两圈 Kx85 Ag85下过渡带 2D 12D Mp93 Ag85，Mp95烧成带 4D 46D Px83，Px80 Mp93上过渡带 2D 24D Px80，Px83 Ag85，Mp95安全带 2D 2D Kx50 Kx70预热带 从 10D 起 从 12D 起 Rt150 Rt150，Kx30，Kx50喂料带 约 1m Kx30（Rcy40） Kx30（Rcy40）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 筑料雷法公司对篦冷机耐火材料配置的建议设备部位 选用耐火材料上部 Kx85 Rcy50（Rcd95）一室下部 Kx85 Rcy50（Rcd95）篦式冷 二室 上部 Kx50 Rcy5010下部 Kx85 Rcy50（Rcd95）上部 Kx30 Rcy50三室下部 Kx30 Rcy50上部 Kx30 Rcy50却机四室下部 Kx30 Rcy50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雷法公司对窑头罩、喷煤管与三次风管耐火材料配置建议选用耐火材料设备部位耐火砖 耐火浇筑料上部 Kx85 Rcy50窑头罩下部 Kx50 Rcy40喷煤管 Rcy95（扒钉材质相当于我国钢种中的 Gr25Ni20）三次风管 Kx30 Rcy50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1.6.1.1 ISO 标准砖的数量配置1.6.1.2 VDZ 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，这种第 11 页 共 68 页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）尺寸（mm） 计算外直径砖号a b h L体积 （dm3） =1mm =2mmA218 103 84 3.3323 1.9075 1.9895A318 103 90.5 3.4482 2.9952 3.0240A418 103 93.5 3.5016 3.9411 3.9790A618 103 97 3.5640 6.2400 6.300AP-18 93 871803.2080A220 103 82 3.6630 1.9810 2.000A320 103 89 3.8016 2.9714 3.000A420 103 92.5 200 198 3.8709 3.9619 4.000ahb标准回转窑砖图L12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。=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A620 103 96.2 3.9442 6.1177 6.1765AP-20 103 86.2 3.548A222 93 80 3.986 2.009A322 103 4.1600 3.0570 3.0800A422 103 91.5 4.2362 3.9791 4.0174A622 103 95.5 4.3233 6.1013 6.1600AP-22 93 85.52203.8880尺寸（mm） 计算圆周外径砖号a b h L体积 （d） =1mm =2mmB218 78 65 2.1877 2.2154B318 76.5 66.5 2.7900 2.8260B418 75 68 3.9086 3.9600B618 74 692.54835.400 5.4720BP18 64 59 2.192BP+18 83 771802.851B220 78 65 2.431 2.4615B320 76.5 66.5 3.100 3.1400B420 75 68 4.3429 4.4000B620 74 692.83146.0000 6.0800BP20 64 59 2.435BP+20 83 76.22003.152B222 78 65 3.115 2.6739 2.7077B322 76.5 66.5 3.4100 3.4540B422 75 68 4.7771 4.8400B622 74 69 3.115 6.6000 6.688BP-22 64 59 2.679BP+22 83 75.52201983.452第 13 页 共 68 页平行增大 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。=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，如 cm3 改换为 dm31.6.3 回转窑衬砖高度的选择窑径（mm） 建议窑衬砖高度（mm）5600 250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/cm表示。体积密度（ b）计算公式如下：b=m1/（m3m 2）mg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mg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：a（%）=（m3m 1）/（m3m 2）10014真气孔率的计算公式如下：t（%）=（t 1）/1100式中： t试样的真密度（g/cm ）1试验温度下的浸渍液体的密度（g/cm）闭口气孔率（f）的计算公式如下：f=ta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第 15 页 共 68 页结构的稳定。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面积的热流速率，用 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162.4.1 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（idt ISO 528：1983）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/T 59871998（idt ISO 1893：1989）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。影响化学侵蚀的主第 17 页 共 68 页要因素有：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。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，适宜的温度和湿度，将改善这一有益进程的发展；使用水玻璃作结合剂时，由于它属于气硬性结合剂，试体需要在干燥的环境下和适宜的温度下，完成硬化过程。使用磷酸盐热硬系列结合剂时，试体需要在一定环境温度下完成硬化过程，随着温度的提高（约 11001200），强度达到最高值。上的经常才两种以结合剂，改善硬化性能以满足施工要求。2.7耐火砖的挂窑皮性能所谓窑皮是指水泥生料在烧成带和过渡带的耐火砖表面上，通过黏附和化合而形成一层具有强度的物料层。在窑内烧成带，孰料的烧结温度为 13001450，而火焰温度高达 18002000，向四周发出大量的辐射能。当耐火砖表面出现极少数的液相时（俗称出汗），生料就会在高温状态下黏结在耐火砖表面上，形成窑皮得初始层。生料中的某些元素，还会耐火砖表面微观渗透到一定深度，随着窑的转动，耐火砖在这一初始窑皮的基础上，逐渐一层层形成较厚的，较为稳定的窑皮。它可以有效抗磨、隔热、阻滞 热侵蚀和化学侵蚀。因此耐火砖与水泥生料适当反应形成窑皮的能力，称挂窑皮能力。这是一针对回转窑烧成带和过渡带耐火材料提出的术语和概念。影响挂窑皮能力的因素有：2.7.1 化学成分18白云砖内均匀分布着大量游离的 CaO，极易与熟料中的 C2S反应生成 C3S，所以白云石 砖极易挂窑皮，且 砖与窑皮粘结紧密、 坚固。镁铬砖初始挂窑皮比较容易，但铬极易与碱金属和硫发生反应，形成挥发性的 K2CrO4和 K2（CrS）O4，促使熟料的部分元素渗透到镁铬砖的热面层，使其致密和脆化，这一过渡层由于热膨胀系数与镁铬砖相差较大，在温度骤变的时候，很容易随窑皮撕裂剥落。耐火砖中加入少量的（2%）锆氧化物，能通过 CaO+ZrO2生成高熔点的 CaZrO3，提高耐火 砖与生料的结合能力，提高窑皮的稳定性。同时 ZrO2还 能大大提高耐火砖的热震稳定性和高温强度。目前因价格因素限制了它的应用。2.7.2 耐火砖的显微结构2.7.3 水泥生料和燃料与耐火材料的化学适应性在碱环境里，镁铬砖最次。尖晶石砖中的镁铝尖晶石组分也会被碱金属侵蚀，其耐碱性优于镁铬砖，但次于白云石砖。大量的实践经验证明，当熟料中的碱硫比（K 2O+Na2OCl ）/SO3大于 1 时，烧成带窑衬的寿命以白云石最佳，尖晶石砖次之，镁铬砖最差；当硫碱比小于 1 时， 烧成带窑衬寿命以镁锆砖最佳，其次为尖晶石砖，然后才是白云石砖。3. 水泥行业常用的耐火材料3.1 高铝质耐火材料及其制品一般将含铝量大于 48%的硅酸铝系耐火材料统称为高铝质耐火材料，以其为主要原料的制品成为高铝质耐火材料制品。3.1.1 高铝质耐火材料的主要矿物高铝质耐火材料的矿物组成主要为刚玉、莫来石和玻璃相。就成分而言，各种矿物的铝含量如下：低莫来石材料：Al 2O3 48%60%莫来石材料：Al 2O3 61%70%莫来石刚玉材料：Al 2O3 71%80%刚玉莫来石材料：Al 2O3 81%90%刚玉材料：Al 2O3 90%3.1.2 高铝质耐火材料的主要性能3.1.3 高铝质耐火材料制品的主要性能3.1.3.1 一般用途的高铝砖第 19 页 共 68 页GB 2988-2004高铝砖对于一般用途的高铝砖作出了明确的规定。理化指标为：指 标项目LZ-80 LZ-75 LZ-65 LZ-55 LZ-48W（Al 2O3） （%） 不大于 80 75 65 55 48显气孔率（%） 不大于 22 23 23 22 22常温耐压强度（Mpa） 不小于 55 50 45 40 350.2Mpa 何种软化开始温度（） 不低于 1530 1520 1500 1450 142015002 小时 0.10.4加热永久线变化 14502 小时 0.10.4砖的尺寸容许偏差及外观（mm）项目 指标数值尺寸150 2尺寸 151300 3尺寸容许偏差尺寸300 4厚度相对偏差 1楔度差 1长度300 1.0扭曲长度300 2.0缺棱长度（e+f+g） 60熔洞直径 6宽度0.25 不限制宽度 0.260.50 50裂纹长度宽度0.5不 大 于不准有3.1.3.2 水泥窑用磷酸盐结合高铝砖水泥窑用磷酸盐结合高铝砖是指以高铝矾土熟料为骨料和细粉，磷酸或磷酸铝为结合剂，经半干法压制成型，在 400600温度下进行热处理，化合而成的供水泥窑用高铝质耐火制品。对此，JC350-93水泥窑用磷酸盐结合高铝砖作了详细的规定。制品按结合剂分为两个品种。高铝质砖（简称磷酸盐砖），结合剂为浓度 42.5%50.0%的磷酸盐溶液，代号为 P，锁缝砖代号为PC。磷酸盐 高铝质耐磨 砖（简称耐磨砖），结 合剂为工业磷酸，工 业氢氧化铝配制成的磷酸铝溶液，摩尔比为 Al2O3：P2O5=1：3.2，代号为PA。磷酸盐直接结合高铝砖，其高温状态下强度较高，挂窑皮能力20中等，导热系数较高，热震稳定性较好。在 调试阶段，开窑和停窑次数较多时，表现出较好的使用性能。磷酸盐结合高铝砖理化性能表指标P PA项目一等品 合格品 一等品 合格品Al2O3（%）不小于 75 77Fe2O3（%）不大于 3.2 3.2化学成分CaO（%）不大于 0.6 0.6常温耐压强度（MPa） 70 60 75 65体积密度（kg/cm3） 2700 2650 2750 2700荷重软化温度（2kg/cm2） 1350 1300 1300 1250耐火度（） 1780制品的尺寸容许偏差和外观质量表（mm）数值项目一等品 合格品大小头差值误差 不大于 1 1.5中心线偏差 不大于 1 1.5尺寸100 不大于 1.5 2100200 不大于 2 2.5尺寸容许偏差200 双方商定尺寸200 不大于 1.5 2.0扭曲200 双方商定深度 不大于 10 10缺角数量（热面及冷面分别计） 不大于 1 个 1 个深度 不大于 5 7长度 不大于 该棱长的 1/4缺棱数量 不大于 2 条 2 条宽度0.25 不限制宽度 0.260.50 不大于 25 25宽度0.50 不容许 不容许裂纹跨过两个或两个以上的裂纹 不容许 不容许3.1.3.3 莫来石及其制品莫来石是 Al2O3SiO2二元系统中唯一稳定的二元矿物相。其化学组成为 3 Al2O32 SiO2（简写为 A3S2），理论的铝氧化物与硅氧化物的质量比为 71.88：28.12。莫来石的熔点高，强度大，热膨胀系数小，抗化学腐蚀能力强。用纯莫来石制成的耐火砖用于回转窑的过渡带，表现出很高的荷重软化温度，较高的高温强度，膨胀系数小，热震稳定性好，抗化学腐蚀能力强等一系列良好的使用性能。由于其挂窑第 21 页 共 68 页皮性能不佳，用于烧成带效果不理想。工业用的莫来石均是人工合成的。按热加工方法分为少结合成莫来石和电熔合成莫来石。国产烧结莫来石耐火制品理化性能性能 Al2O3 72.0 74 80.94 75SiO2 25 18.2化学成分 （%）Fe2O3 0.3 0.8 0.76 1.5显气孔率（%） 20.523.9 18 15.616.5 21体积密度（g/cm3） 2.362.49 2.55 2.772.79 2.60荷重软化开始温度（） 1700耐火度（） 1850 1790蠕变率（%）1550 50h 0.08 1耐压强度（MPa） 75.279.2 78.4 197267 98水泥行业推荐的硅莫砖的理化性能指标表规格 A B CAl2O3（%） 60 63 70SiO2+SiC（%） 35体积密度（g/cm3） 2.60 2.80显气孔率（%） 20耐压强度（MPa） 80 90 80荷重软化温度（） 1600 1600 1600热稳定性（次）1100-水冷 20 15耐磨系数（cc） 8.2耐火度 1790 17903.1.3.4 刚玉质耐火制品刚玉是指 晶体形 态存在的 Al2O3化合物。理论组成为 100%纯净的 Al2O3，晶体为三方晶系。以刚玉为主要原料制成的耐火制品，其 Al2O3含量不低于 90%。刚玉质耐火材料耐火度高，高温强度好，耐磨性好，抗化学腐蚀能力强，但热膨胀率较高，导热系数也高。根据杂质含量分为白色刚玉（几乎含 100%的 Al2O3）和棕色刚玉。白色刚玉几乎很少用。3.1.3.5 抗剥落高铝砖是以特级高铝矾土熟料和含氧化锆的合成料为原料，按一定配比经高压成型制得的烧成制品。产品具有耐高温冲击性能好，热态强度高，抗剥落能力强，抗碱及硫、 氯侵蚀能力强等特点，大量用于大型干法水泥窑的过渡带及分解带。223.2 碱性耐火材料及制品3.2.1 镁质耐火材料及制品3.2.2 镁铬耐火材料及其制品是以铬铁矿石和烧结镁砂为原料制取的耐火砖。他的矿物主相是方美石和尖晶石，根据铬铁矿在原料中的数量是否超过 50%的比例，分别称为铬镁砖和镁铬砖。水泥行业主要使用镁铬砖。GB 2277-87镁铬砖 规定的四个牌号的理化性能指 标项目 MGE-20 MGE-16 MGE-12 MGE-8MgO 40 45 55 60化学成分（%） Cr2O3 20 16 12 80.2MPa 荷重软化开始温度不低于 1550 1550 1550 1530显气孔率（%）不大于 23 23 23 24常温耐压强度（MPa）不小于 24.5建材行业针对水泥回转窑单独制定了 JC/T497-1992（96）建材工业窑炉用直接结合镁铬砖的标准，按理化性能分为五个牌号，按外观品质分三个等级。详见下表。建材工业窑炉用直接结合镁铬砖理化性能技术要求表项目 DMC-12 DMC-9A DMC-9B DMC-6 DMC-4MgO（%） ，不小于 60 70 70 75 80Gr2O3（%） ，不小于 12 9 9 6 4SiO2（%） ，不大于 3.2 2.8 3.0 2.8 2.5显气孔率（%） ，不大于 19 19 19 18 18体积密度（g/cm3） ，不小于 3.0 2.95 2.95 2.95 2.93常温耐压强度（MPa）不小于 35 40 40 40 400.2MPa 荷重软化温度 (开始点)不小于 1580 1600 1580 1600 1600热震稳定性（1100水冷）（次） ，不小于 4 4 4 4 4热膨胀率（%） 由生产厂家检测提供给用户，但不作判定指标建材工业窑炉用直接结合镁铬砖尺寸 容许偏差及外观的技术要求（mm）等级项目优等品 一等品 合格品尺寸200 2 2 2尺寸200 3 3 4直形砖宽度 1 1 1.5尺寸容许偏差直形砖厚度不大于1.5 2 2第 23 页 共 68 页楔形砖大、小头尺寸偏差 1 1 1对角线长度350 2扭曲对角线长度350 3缺棱长度 深度5 40，限 2 条 60，限 2 条 60，限 4 条50 不限缺角20 不限宽度0.1 40 60 60宽度 0.110.25 不容许 不容许 40宽度 0.250.50 不容许 不容许 不容许裂纹长度平行于工作面不大于 不容许 不容许 不容许3.2.3 镁铝砖镁铝砖是以死烧的镁砂和高铝矾土熟料为原料生产的以方镁石为主要晶相，以铝镁尖晶石为结合相的镁质耐火材料制品。镁铝砖的化学组成 MgO 含量一般大于 80%，二 Al2O3 含量为 5%10%。与镁砖相比，其热膨胀系数较低，表现出良好的热震稳定性，耐火度和荷重软化温度较镁砖优越。某企业镁铝尖晶石耐火砖主要理化性能指标项目 指标MgO 8090Al2O3 918Fe2O3 0.10.5CaO 0.41.0化学成分（%）SiO2 0.20.6耐压强度（MPa） 39.078.0荷重软化温度（） 1700耐急热急冷性（次） （900空气） 100线膨胀率（%） （1000） 1.1导热系数 W/mK（1000） 2.83.7某企业方镁石尖晶石砖理化性能指标指标项目ES-15 SS-A SS-BMgO 78 80 75Al2O3 1013 810 1218Cr2O3 510Fe2O3 1 1 1化学成分SiO2 1.8 1.5 2.0体积密度（kg/m3） 2920 2920 2920显气孔率（%） 19冷压强度（MPa） 40荷重软化温度 T0.6 165024（） T4 1700热膨胀率 1000（%） 0.96 0.99 0.93热震稳定性 1100水冷（次） 8YB/T5010-93平炉用镁铝砖理化性能指标指标项目ML-80A ML-80BMgO（%） 不小于 80 80Al2O3（%） 510 5100.2MPa 荷重软化开始温度（） 不低于 1600 15