隨著水泥生產工藝技術的不斷更新和進步，水泥窯單條生產線向大型化方向發(fā)展，新型干法水泥生產技術具有窯溫高、窯速快、系統(tǒng)結構復雜、堿等揮發(fā)性組分的侵蝕嚴重等特性，這對水泥窯用耐火材料提出了更加苛刻的要求。不定形耐火材料由于具有性能優(yōu)良、施工方便、節(jié)省能源等優(yōu)點，在水泥工業(yè)中得到了廣泛應用，占比接近50%左右。

然而，不定形耐火材料對現(xiàn)場施工質量要求較高，容易出現(xiàn)現(xiàn)場加水量過多，造成澆注料性能下降較快以及烘烤過程中出現(xiàn)爆裂等問題。預制件是將不定形耐火材料定形化，制備工藝介于定形耐火材料和不定形耐火材料之間，性能方面兼具有定形和不定形的優(yōu)點，是不定形耐火材料施工和應用技術進步的一個新方向，近幾年得到了快速發(fā)展。

圖注：三次風管閘板預制件

1、耐火預制件的特點及要求

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(yǎng)護、烘烤完畢后運到現(xiàn)場施工安裝。耐火預制件的應用改變了傳統(tǒng)澆注料的現(xiàn)場澆注施工的方法，使施工簡便易行，可以省去現(xiàn)場攪拌、澆注或搗打以及所需的相應設備，大大節(jié)約了施工時間，并且使現(xiàn)場施工條件不受施工環(huán)境和季節(jié)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(tǒng)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(shù)處于高溫、水泥熟料沖刷、磨損、急冷急熱等惡劣環(huán)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(yōu)異的抗熱震穩(wěn)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(qū)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。

水泥窯關鍵部位耐火材料在施工過程中需要較高的施工質量，而在水泥窯檢修期間，一般工期較短，現(xiàn)場澆注施工質量難以保證，施工質量的好壞對耐火材料的使用壽命有很大的影響。加水量的增加會使?jié)沧⒘系臍饪茁试龃?，強度降低，并嚴重影響澆注料的耐磨性能。澆注料施工完畢，必須有一定的養(yǎng)護時間，養(yǎng)護完成后還必須進行烘烤處理，否則容易爆裂。

耐火預制件由于制作過程在生產企業(yè)進行，可以克服現(xiàn)場施工時間緊迫、環(huán)境季節(jié)溫度變化、現(xiàn)場施工管理等因素產生的不利影響，經過充分的養(yǎng)護和嚴格的烘烤能夠保證施工質量，大幅降低因施工不規(guī)范造成的質量問題，使耐火材料的性能得以充分發(fā)揮。安裝后直接點火使用，縮短了檢修時間，能夠創(chuàng)造良好的經濟效益。

2、水泥窯不同部位對預制件的性能要求

1)篦冷機矮墻及頂部預制件

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(xiàn)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(guī)范制作成合適形狀的預制件。

預制件的形狀尺寸和結構形式與其使用部位有關系。對于篦冷機矮墻用預制件來說，為提高矮墻結構的穩(wěn)定性，每塊預制件的上下表面分別帶有溝槽或凸舌。通過舌、溝之間的結合，限制了各砌塊之間的滑動，提高了砌體結構的整體性和穩(wěn)固性。對于篦冷機頂部，特別是一段高溫區(qū)域，預制件可以通過錨固件與頂部進行焊接或螺栓連接，也可以通過直接采用懸掛在鋼板上的方式進行連接。

表注：篦冷機用預制件性能指標

圖注：篦冷機頂部預制件施工效果圖

2)三次風管彎道預制件

水泥窯三次風管彎道內襯不僅需要承受飽含大量細顆粒熟料的高速三次風氣流的沖刷，而且還要承受在800~1200℃工作溫度條件下嚴重的堿腐蝕，造成內襯經常剝落。三次風管彎道內襯所用的耐磨材料經歷了高鋁澆注料、莫來石剛玉澆注料以及高耐磨磚與莫來石剛玉澆注料組合而成的框架結構等一系列發(fā)展歷程，而目前多數(shù)采用以剛玉和碳化硅為主要材質的超高強耐磨澆注料，在三次風管彎道處的使用效果較好。

在制備三次風管彎道預制件的過程中，預制件形狀尺寸需要考慮風管直徑大小，將預制件形狀設計成帶弧狀的楔形結構，有利于增強塊與塊之間的結合緊密程度。根據(jù)預制件的工作溫度條件，采用超低水泥和超微粉復合結合的方式，主要著力于提高預制件在工作條件下的性能。國內部分廠家生產的三次風管彎道預制件的外觀和典型性能指標如下：

表注：三次風管彎道預制件性能指標

圖注：三次風管彎道預制件外觀

3)三次風管閘板預制件

在新型干法水泥窯中主要通過調節(jié)三次風管閘板的開合度，從而調節(jié)回轉窯內的風量并保證分解爐內煤粉充分燃燒所需的氧含量。閘板在使用中始終受到高溫高速氣流的正面沖擊，煙氣流速高，并且含塵濃度大，所含顆粒的硬度高，通常閘板容易產生嚴重磨損。三次風管閘板預制件在結構方面采用優(yōu)質的耐熱鋼作為骨架，并焊接上錨固件，確保閘板在高溫條件下不變形，施工過程如下圖所示。在耐熱鋼和錨固件表面涂刷瀝青漆后采用添加有鋼纖維的剛玉莫來石澆注料進行澆注成型，既能使?jié)沧⒘虾湾^固件緊密的形成整體，也為兩者之間的應力緩沖提供了一定空間。為了降低高溫烘烤對鋼結構性能的影響，三次風管閘板預制件的整體烘烤溫度比水泥窯其他部位使用的預制件要低，滿足充分排除結合水和提高強度的要求，三次風管閘板預制件的典型性能指標如下表所示：

表注：三次風管閘板預制件的性能指標

圖注：三次風管閘板預制件鋼結構

4)窯頭罩預制件

窯頭罩位于回轉窯的排料端，噴煤管穿過窯頭罩伸入窯口內，隨著回轉窯向大型化方向發(fā)展，窯頭罩內跨度也越來越大，受沖刷、冷熱突變頻繁和熱震的作用，使用條件十分苛刻。此部位的內襯通常采用莫來石和碳化硅作為主要材質，設計成預制件的方法，與定形產品相比可以滿足復雜形狀制作的要求，并且能夠保證預制件不同部分的均勻性和致密度，與不定形產品相比能夠給予充分的養(yǎng)護和烘烤時間，實現(xiàn)快速安裝，免受水泥廠施工環(huán)境影響，國內某廠家生產的窯頭罩預制件形狀外觀和性能指標分別見下方圖表。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。

表注：窯頭罩預制件性能指標

圖注：窯頭罩預制件外觀

3、結語

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(jù)現(xiàn)場使用條件采用個性化設計，在成形、烘烤等環(huán)節(jié)方面采用工廠化和規(guī)?；a，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(huán)境條件的要求較低，具有更加優(yōu)異的整體穩(wěn)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。