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

目录

1.水泥预分解线的窑炉系统..................................6

1.1水泥预分解生产线窑炉耐火材料的选择......................6

1.2预热器与预分解窑炉......................................6

预热器和预分解炉热工制度有如下特点：...................6

预热器分解炉对耐火材料的要求............................6

耐火材料的配置实例......................................7

1.3回转窑..................................................8

回转窑的机械特点与对耐火材料的强度要求.................8

沿轴向分布的回砖窑的各个热工带..........................9

水泥预分解生产线回转窑耐火材料配置实例.................9

1.4篦式冷却机.............................................12

篦式冷却机的热工特点与耐火材料.........................12

篦冷机耐火材料应用实例................................12

1.5窑头罩、喷煤管与三次风管...............................13

1.6回转窑砖型的改进与选择.................................14

新标准系统耐火砖的配置................................14

我国回转窑用耐火砖的砖型标准...........................15

回转窑衬砖高度的选择...................................18

2.耐火材料的主要理化性能与检测...........................18

2.1耐火材料的结构性质.....................................18

体积密度...............................................18

真密度.................................................19

吸水率.................................................19

透气度.................................................19

2.2耐火材料的热学性质.....................................19

热膨月长.................................................19

热导率.................................................19

2.3耐火材料的力学性质.....................................20

强度..................................................20

常温耐压强度.......................................20

常温抗折强度.......................................20

高温耐压和抗折强度.................................20

耐火材料的常温耐磨性...................................20

2.4耐火材料的运用性能.....................................20

耐火度.................................................20

荷重软化温度..........................................21

热震稳定性............................................21

重烧线变更............................................21

2.5耐火材料的抗化学侵蚀性................................21

2.6耐火材料的作业性.......................................22

2.7耐火砖的挂窑皮性能.....................................22

化学成分...............................................22

耐火砖的显微结构......................................23

水泥生料和燃料与耐火材料的化学适应性..................23

3.水泥行业常用的耐火材料................................23

3.1高铝质耐火材料与其制品................................23

高铝质耐火材料的主要矿物..............................23

高铝质耐火材料的主要性能..............................23

高铝质耐火材料制品的主要性能..........................23

一般用途的高铝砖...................................23

水泥窑用磷酸盐结合高铝砖...........................25

莫来石与其制品.....................................26

刚玉质耐火制品.....................................28

抗剥落高铝砖.......................................28

3.2碱性耐火材料与制品.....................................28

镁质耐火材料与制品.....................................28

镁铭耐火材料与其制品...................................28

镁铝砖.................................................30

白云石耐火制品........................................33

3.3黏土耐火制品和黏土隔热耐火制品.........................34

黏土耐火制品..........................................34

隔热耐火制品..........................................37

3.4水泥工业常用的耐火纤维................................40

3.5不定形耐火材料.........................................41

轻质耐碱浇筑料........................................41

耐碱浇筑料............................................41

高强耐火浇筑料........................................42

钢纤维增加耐火浇筑料...................................43

其他耐火浇筑料........................................44

3.6耐火泥浆...............................................46

3.9硅酸钙隔热材料........................................46

4.耐火材料砌筑工程的施工................................48

4.1耐火砖的砌筑..........................................48

火泥的调制............................................48

湿法砌筑...............................................49

锚固砖砌筑............................................50

拱圈内的锁砖..........................................50

拱圈耐火砖的选择和加工................................51

干法砌筑...............................................51

膨胀缝的留设..........................................51

耐火砖砌体膨胀缝宽度...............................52

耐火浇筑料膨胀缝宽度...............................52

膨胀缝的位置.......................................52

4.2隔热衬料硅盖板的施工...................................54

施工前的打算..........................................54

对砌缝和底泥的要求.....................................54

硅酸钙板的砌筑........................................54

4.3耐火浇筑料施工........................................55

耐火浇筑料的相宜范围与一般要求.........................55

耐火浇筑料的施工......................................56

耐火浇筑料的搅拌...................................56

浇筑...............................................56

浇筑料的硬化和养护.....................................57

预热器和分解炉系统的烘干与加热.........................58

修理..................................................58

耐火浇筑料衬料中扒钉的尺寸与定位.......................59

扒钉长度与浇筑料厚度...................................59

浇筑区的划分和限制缝的留设............................60

耐火浇筑料的收缩和膨胀.............................60

膨胀缝的影响范围...................................60

膨胀缝的宽度限制...................................60

膨胀缝位置的优选...................................60

限制缝的设置.......................................61

易发生的浇筑缺陷......................................61

4.4回转窑衬料砌筑........................................62

衬砖..................................................62

耐火胶泥...............................................62

回转窑衬料砌筑要求.....................................62

砌筑前的放线.......................................63

耐火砖的干砌与湿砌.................................63

锁紧砖，楔紧钢板和砌筑.............................63

膨胀缝.................................................64

挡砖圈的衬砖与砌筑.....................................64

支撑方法...............................................66

螺旋千斤顶法.......................................66

窑架法.............................................66

粘贴法.............................................66

回转窑特殊部位的砌筑要求..............................66

回转窑筒体焊接高出部位的砌筑.......................66

回转窑筒体变形部位的砌筑...........................66

入料端耐火浇筑料的砌筑.............................67

回转窑耐火材料的砌筑检查..............................67

4.5窑头罩衬料砌筑........................................68

窑头罩拱顶的砌筑......................................68

大面积直墙的砌筑......................................68

窑头罩与篦冷机之间的补偿..............................69

4.6篦冷机衬料砌筑........................................69

各部位的材质..........................................69

篦冷机各部位砌筑时的留意事项..........................69

顶盖的砌筑............................................70

4.7旋风预热器和分解炉系统衬料砌筑.........................71

施工一般性要求........................................71

烟室的浇筑............................................72

空气炮管预埋处的衬料浇筑..............................72

旋风预热器和分解炉底部锥面料斗和缩口的衬料浇注........72

旋风筒顶盖即上升管道的衬料浇注.........................74

下料管衬料的砌筑......................................74

喷煤管的砌筑..........................................75

三次风管的砌筑........................................75

5.窑衬的运用和维护......................................75

5.1窑衬的烘烤和冷却......................................75

窑系统的烘烤..........................................75

烘窑前的打算.......................................75

烘干升温曲线.......................................76

烘烤期间窑的慢转...................................77

烘窑作业的平安检查.................................77

窑尾局温风机的启动和运转...........................78

篦冷机冷却风机的运转...............................78

篦冷机排风机的运转.................................78

增湿塔喷水.........................................78

烘烤结束后的工作......................................78

5.2水泥回转窑烘烤实例.....................................79

5.3窑点火运行.............................................79

5.3.1第一次投料挂新窑皮....................................79

窑点火升温.........................................79

投料挂窑皮.........................................79

挂窑皮时生料的率值限制................................80

5.4窑皮的维护.............................................80

5.5窑的冷却...............................................80

支配停窑时的窑冷却.....................................80

故障停窑...............................................82

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，除了运用价特别，通常应

考虑：

，较长的运用寿命。影响运用寿命的因素有：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

的抗化学侵蚀实力，热震稳定性与燃烧的高温熟料的反应结合实力

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；

B修理速度；

产通用性较好，可以从市场上较便利的获得。

1.2预热器与预分解窑炉

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450C°、650C°、750C°、900C\1100C。和1100C°o

声在这样的燃烧温度下，燃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，温度变更的频度和幅度较

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态较困难，可选用在成型功能上较敏捷

的现场成型的耐火浇筑料。

,在800Co~1200C。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

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，工作面为有确定强度且能够较好反抗碱性物质侵蚀的耐火材

料。

形态困难处，多采纳耐火材料。大面积直墙由于冷热交变的作用，

已坍塌，应考虑锚固措施。其他部位多采纳耐火转干脆砌筑。

对于一、二级预热器，可采纳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1100C0

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，采纳较高强度的耐火材料。

在碱含量达到确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，应在满意较高耐火度的前提下，考虑采纳耐碱

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

序预热器和分解

耐火保温材料材质浇筑料材质

号炉

11级预热器

NJ-30（AL2O3含量为30%GT-13NL（高强耐碱

2II级预热器

的水泥窑用耐碱砖）浇筑料）

3川级预热器

IV、V级预热

4AL2O3含量为40%~45%的GT-13NL（高强耐碱

器

高强耐碱砖浇筑料）

5分解炉上部

分解炉下部GJ-15B高铝质低水

6AL2O3含量为85%的高铝砖

泥浇筑料

窑尾烟室AL2O3含量为48%的高强耐GT-13NL（高强耐碱

7

碱砖浇筑料）

表二：德国雷法公司配置建议（保温材料略）

序预热器和分解

耐火砖材质浇筑料材质

a炉

1XII级预热KX30（AL2O3含量30%的耐

1

器磨耐碱砖）

Rcy40（AL2O3含量

2川级预热器

42%〜44%的浇筑料）

3IV级预热器KX40（AL2O3含量40%~

4分解炉上部45%的耐磨耐碱砖）

分解炉下部KX85（AL2O3含量85%或更Rcy50（AL2O3含量

5

高的高铝砖）55%~57%的浇筑料）

窑尾烟室KX30（AL2O3含量30%的耐Rcy40（AL2O3含量

6

磨耐碱砖）42%〜44%的浇筑料）

1.3回转窑

1.3.1回转窑的机械特点与对耐火材料的强度要求

产耐火材料与回转窑壳体之间有确定的滑动或滑动趋势，产生确定的

摩擦，耐火砖必需具有必要的强度，反抗摩擦带来的损害。

£回转窑从轴向看，不是确定的刚性体，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纳了非静定结构，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峻），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3（%）二窑筒体钢板内径D（m）/10

因筒体椭圆变形传递到窑衬得压应力计算：

oD=3H/4R0八2*3D*ED

式中：oD------压应力（N/mm）;

wD------窑体的椭圆（mm）,wD=2wR0

RO-----窑筒体半径（mm）;

H------衬砖厚度（mm）;

ED——压缩弹性模量（N/mH）;

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/mm）

0.31211.25

0.41615.0

0.52018.75

0.62422.5

1.3.2沿轴向分布的回砖窑的各个热工带

尸喂料带位于回转窑的尾部，1.5~2.0m

■预热带也称分解带。

■后过渡带也称过渡带

F烧成带

■前过渡带

■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

窑规前过后过渡

窑口烧成带平安带预热带喂料带

格渡带-市+H-

耐热钢纤

CB20

03.2维高强低抗剥落干脆结磷酸盐磷酸盐

高强耐耐碱浇

X水泥高铝高强高合镁铭结合高结合高

碱隔热筑料

50m耐火浇筑铝砖砖铝砖铝砖

砖

料

03.2干脆结磷酸盐磷酸盐CB20

干脆结合干脆结耐碱浇

X合镁铭结合高结合高高强耐

镁砖合镁砖筑料

50m砖铝砖铝砖碱隔热

砖

钢纤维增

03.5抗剥落干脆结抗剥落抗剥落高强耐

加低水泥耐碱隔

X高强高合镁铭高强高高强高碱浇筑

刚玉质耐热砖

52m铝砖砖铝砖铝砖料

火浇筑料

钢纤维增硅莫复CB30

04.0硅莫干脆结硅莫高强耐

加低水泥合砖、高强耐

X砖、尖合镁铭砖、尖碱浇筑

刚玉质耐六小日日日Z白T碱隔热

60m晶石砖砖晶石砖料

火浇筑料砖砖

钢纤维增

05.6莫来石干脆结复合保高强耐

加低水泥尖晶石六小日日日Z白T

X砖、尖合镁铭温耐火碱浇筑

刚玉质耐砖砖

76m晶石砖砖砖料

火浇筑料

雷法公司对回转窑的砌筑建议

序轴向膨胀径向膨胀

窑热工带耐火砖材质砌筑方法

a缝缝

高铝砖干砌或火无无

1卸料带

尖晶石砖泥砌筑无2mm纸板

特种镁砖无2mm纸板

尖晶石砖干砌或火无（1%砖长）

2下过渡带

干脆结合碱性泥砌筑

砖

特种镁砖无

2mm纸板

高温燃烧镁错

无（1%砖长）

砖干砌或火

3烧成带

干脆结合碱性泥砌筑

砖

白云石砖

尖晶石砖无

2mm纸板

特种镁砖无

干砌或火（1%砖长）

4上过渡带镁铭砖无

泥砌筑

干脆结合碱性

砖

5平安带高铝砖无无

轻质耐火砖干砌或火无无

6分解带高耐磨砖泥砌筑无无

黏土砖无无

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

D<4.0mD>4.0m正常热负荷热负荷高

窑口挡砖圈上坡方向最多两圈Kx85Ag85

下过渡带2D1-2DMp93Ag85,Mp95

烧成带4D4-6DPx83,Px80Mp93

上过渡带2D2-4DPx80,Px83Ag85,Mp95

平安带2D2DKx50Kx70

Rtl50,Kx30,

预热带从10D起从12D起Rtl50

Kx50

喂料带约1mKx30（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:无将镁砖Mp95:无尖晶石纯镁砖

Px80:镁铭砖Px83:镁铭砖

Kx50:含铝量50%~55%的高铝砖Kx70:含铝量约70%的高

铝砖

Rtl50: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与耐火材料

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

表面为局表面为IRJ

强耐火浇强耐火浇高强耐火

高铝砖高铝砖高铝砖

筑料，填充筑料，填充浇筑料

粘土砖粘土砖

表面IWJ铝

表面图铝

高强耐碱质低水泥高强耐碱高强耐碱高强耐火

质低水泥

砖浇筑料，填砖砖浇筑料

浇筑料

充粘土砖

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Kx85Rcy50（Rcd95）

一室

下部Kx85Rcy50（Rcd95）

篦

二室上部Kx50Rcy50

式

下部Kx85Rcy50（Rcd95）

冷

三室上部Kx30Rcy50

却

下部Kx30Rcy50

机

四室上部Kx30Rcy50

下部Kx30Rcy50

注：下部是指受活动篦板的影响，与块状熟料干脆摩擦的部位；上部是指

不与块状熟料干脆摩擦，但受高压风夹带的颗粒熟料剧烈冲刷的部位。

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

窑头罩喷煤管三次风管

a

硅盖板+低水泥高铝刚玉质高强低水泥硅盖板+高强耐碱砖

1

耐火浇筑料耐火浇筑料+高强耐火浇筑料

刚玉质高强低水泥硅盖板+高强耐碱砖

硅盖板+高铝砖+低水

2耐火浇筑料+刚玉质高强耐火浇

泥高铝耐火浇筑料

筑料

硅盖板+磷酸盐结合刚玉质高强低水泥硅盖板+高强耐碱砖

3

高铝砖+低水泥高铝耐火浇筑料+刚玉质高强耐火浇

耐火浇筑料筑料

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Kx85Rcy50

窑头罩

下部Kx50Rcy40

Rcy95（扒钉材质相当于我国钢种中

喷煤管

的Gr25Ni20）

三次风管Kx30Rcy50

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

1.6.1.1ISO标准砖的数量配置

1.6.1.2VDZ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，其次行为带1mm砖缝的配砖比。

广代号218,B218表示运用于内径2m的回转窑上高度为180mm的

耐火砖；

代号618,B618表示运用于内径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，每组从协作的窑直径上分为2m、4m、6m（还有3m、

5m两种）三种，这种依靠九种砖的相宜搭配，就可以适应从2.5m

到6.0m直径的全部规格的回转窑耐火砖的砌筑。具体采纳哪一种

砖，可以依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。假如窑衬的厚度过大，内外膨胀差过大，将造成

耐火砖内层的剥落。

k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，因此较相宜于膨胀系数

比较大的碱性耐火砖。而ISO

标准较相宜于非碱性砖。

・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回转窑砖图

标准

1999年，由中国建筑材料科学院牵头编制了GB/T17912-1999《回

转窑用耐火砖形态尺寸》，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与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

体积

砖号6

abhL(dm3)6=lmm

=2mm

A218103843.33231.90751.9895

A31810390.53.44822.99523.0240

A41810393.51801983.50163.94113.9790

A618103973.56406.24006.300

AP-1893873.2080

A220103823.66301.98102.000

A320103893.80162.97143.000

A42010392.52003.87093.96194.000

A62010396.23.94426.11776.1765

AP-2010386.23.548

A22293803.9862.009

A3221034.16003.05703.0800

A42210391.52204.23623.97914.0174

A62210395.54.32336.10136.1600

AP-229385.53.8880

注：

尸部分砖型标准中没有，或没有明确表示的，是采纳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。用户可以依据须要,

在耐火砖选型设计时，选择应种或两种配砖须要。

分别表示设计砖缝为和条件下的取

,6=lmms2mm,1mm2mm

值。

尸部分单位采纳了50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)

尺寸(mm)计算圆周外径

体积

砖号6

abhL(dH)6=lmm

=2mm

B21878652.18772.2154

1801982.5483

B31876.566.52.79002.8260

B41875683.90863.9600

B61874695.4005.4720

BP1864592.192

BP+1883772.851

B22078652.4312.4615

B32076.566.53.1003.1400

2.8314

B42075684.34294.4000

200

B62074696.00006.0800

BP2064592.435

BP+208376.23.152

B22278653.1152.67392.7077

B32276.566.53.41003.4540

B42275684.77714.8400

2203.115

B62274696.60006.688

BP-2264592.679

BP+228375.53.452

注：

F部分砖型标准中没有，或没有明确表示的，是采纳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

的大小端尺寸可平行增大20mm或减小10mm。用户可以依据须

要，在耐火砖选型设计时，选择应种或两种配砖须要。

■6=lmms2mm,分别表示设计砖缝为1mm和2mm条件下的取

值。

「部分单位采纳了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dm3

1.6.3回转窑衬砖高度的选择

窑径(mm)建议窑衬砖高度(mm)

<3600180

3600-4200200

4200~5600220

>5600250

注：回转窑的高度应在合理的范围内，耐火砖的运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