耐火材料手冊

新型干法水泥生產(chǎn)線耐火材料手冊陸秉權(quán) 曾志明 主編 中國建材工業(yè)出版社目 錄1.水泥預(yù)分解線的窯爐系統(tǒng)61.1水泥預(yù)分解生產(chǎn)線窯爐耐火材料的選擇61.2預(yù)熱器及預(yù)分解窯爐61.2.1預(yù)熱器和預(yù)分解爐熱工制度有如下特點：61.2.2預(yù)熱器分解爐對耐火材料的要求61.2.3耐火材料的配置實例71.3回轉(zhuǎn)窯71.3.1回轉(zhuǎn)窯的機械特點及對耐火材料的強度要求81.3.2沿軸向分布的回磚窯的各個熱工帶81.3.3水泥預(yù)分解生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯耐火材料配置實例81.4篦式冷卻機101.4.1篦式冷卻機的熱工特點及耐火材料101.4.2篦冷機耐火材料應(yīng)用實例101.5窯頭罩、噴煤管與三次風(fēng)管111.6回轉(zhuǎn)窯磚型的改進與選擇111.6.1新標準系統(tǒng)耐火磚的配置111.6.2我國回轉(zhuǎn)窯用耐火磚的磚型標準121.6.3回轉(zhuǎn)窯襯磚高度的選擇142.耐火材料的主要理化性能及檢測142.1耐火材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)142.1.1體積密度142.1.3真密度152.1.4吸水率152.1.5透氣度152.2耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)152.2.1熱膨脹152.2.2熱導(dǎo)率152.3耐火材料的力學(xué)性質(zhì)162.3.1強度162.3.1.1常溫耐壓強度162.3.1.2常溫抗折強度162.3.1.3高溫耐壓和抗折強度162.3.2耐火材料的常溫耐磨性162.4耐火材料的使用性能162.4.1耐火度162.4.2荷重軟化溫度172.4.3熱震穩(wěn)定性172.4.4重?zé)€變化172.5耐火材料的抗化學(xué)侵蝕性172.6耐火材料的作業(yè)性182.7耐火磚的掛窯皮性能182.7.1化學(xué)成分182.7.2耐火磚的顯微結(jié)構(gòu)192.7.3水泥生料和燃料與耐火材料的化學(xué)適應(yīng)性193.水泥行業(yè)常用的耐火材料193.1高鋁質(zhì)耐火材料及其制品193.1.1高鋁質(zhì)耐火材料的主要礦物193.1.2高鋁質(zhì)耐火材料的主要性能193.1.3高鋁質(zhì)耐火材料制品的主要性能193.1.3.1一般用途的高鋁磚193.1.3.2水泥窯用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚203.1.3.3莫來石及其制品213.1.3.4剛玉質(zhì)耐火制品223.1.3.5抗剝落高鋁磚223.2堿性耐火材料及制品223.2.1鎂質(zhì)耐火材料及制品223.2.2鎂鉻耐火材料及其制品223.2.3鎂鋁磚243.2.4白云石耐火制品253.3黏土耐火制品和黏土隔熱耐火制品253.3.1黏土耐火制品253.3.2隔熱耐火制品273.4水泥工業(yè)常用的耐火纖維293.5不定形耐火材料293.5.1輕質(zhì)耐堿澆筑料293.5.2耐堿澆筑料303.5.3高強耐火澆筑料303.5.4鋼纖維增強耐火澆筑料303.5.5其他耐火澆筑料313.6耐火泥漿333.9硅酸鈣隔熱材料334.耐火材料砌筑工程的施工344.1耐火磚的砌筑344.1.1火泥的調(diào)制344.1.2濕法砌筑344.1.3錨固磚砌筑354.1.4拱圈內(nèi)的鎖磚354.1.5拱圈耐火磚的挑選和加工364.1.6干法砌筑364.1.7膨脹縫的留設(shè)374.1.7.1耐火磚砌體膨脹縫寬度374.1.7.2耐火澆筑料膨脹縫寬度374.1.7.3膨脹縫的位置374.2隔熱襯料硅蓋板的施工394.2.1施工前的準備394.2.3對砌縫和底泥的要求394.2.4硅酸鈣板的砌筑394.3耐火澆筑料施工404.3.1耐火澆筑料的適宜范圍及一般要求404.3.2耐火澆筑料的施工414.3.2.1耐火澆筑料的攪拌414.3.2.2澆筑414.3.3澆筑料的硬化和養(yǎng)護424.3.4預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)的烘干與加熱434.3.5維修434.3.6耐火澆筑料襯料中扒釘?shù)某叽缂岸ㄎ?44.3.7扒釘長度與澆筑料厚度444.3.8澆筑區(qū)的劃分和控制縫的留設(shè)454.3.8.1耐火澆筑料的收縮和膨脹454.3.8.2膨脹縫的影響范圍454.3.8.3膨脹縫的寬度控制454.3.8.4膨脹縫位置的優(yōu)選454.3.8.5控制縫的設(shè)置454.3.9易發(fā)生的澆筑缺陷464.4回轉(zhuǎn)窯襯料砌筑464.4.1襯磚464.4.2耐火膠泥474.4.3回轉(zhuǎn)窯襯料砌筑要求474.4.3.1砌筑前的放線474.4.3.2耐火磚的干砌與濕砌484.4.3.3鎖緊磚，楔緊鋼板和砌筑484.4.4膨脹縫494.4.5擋磚圈的襯磚及砌筑494.4.6支撐方法504.4.6.1螺旋千斤頂法504.4.6.2窯架法504.4.6.3粘貼法504.4.7回轉(zhuǎn)窯特殊部位的砌筑要求514.4.7.1回轉(zhuǎn)窯筒體焊接高出部位的砌筑514.4.7.2回轉(zhuǎn)窯筒體變形部位的砌筑514.4.7.3入料端耐火澆筑料的砌筑514.4.8回轉(zhuǎn)窯耐火材料的砌筑檢查524.5窯頭罩襯料砌筑524.5.1窯頭罩拱頂?shù)钠鲋?34.5.2大面積直墻的砌筑534.5.3窯頭罩與篦冷機之間的補償534.6篦冷機襯料砌筑544.6.1各部位的材質(zhì)544.6.2篦冷機各部位砌筑時的注意事項544.6.3頂蓋的砌筑544.7旋風(fēng)預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)襯料砌筑564.7.1施工一般性要求564.7.2煙室的澆筑564.7.3空氣炮管預(yù)埋處的襯料澆筑574.7.4旋風(fēng)預(yù)熱器和分解爐底部錐面料斗和縮口的襯料澆注574.7.5旋風(fēng)筒頂蓋即上升管道的襯料澆注594.7.6下料管襯料的砌筑594.7.7噴煤管的砌筑604.7.8三次風(fēng)管的砌筑605.窯襯的使用和維護605.1窯襯的烘烤和冷卻605.1.1窯系統(tǒng)的烘烤605.1.1.1烘窯前的準備605.1.1.2烘干升溫曲線615.1.1.3烘烤期間窯的慢轉(zhuǎn)625.1.1.4烘窯作業(yè)的安全檢查625.1.1.5窯尾高溫風(fēng)機的啟動和運轉(zhuǎn)635.1.1.6篦冷機冷卻風(fēng)機的運轉(zhuǎn)635.1.1.7篦冷機排風(fēng)機的運轉(zhuǎn)635.1.1.8增濕塔噴水635.1.2烘烤結(jié)束后的工作635.2水泥回轉(zhuǎn)窯烘烤實例645.3窯點火運行645.3.1 第一次投料掛新窯皮645.3.1.1窯點火升溫645.3.1.2投料掛窯皮645.3.2掛窯皮時生料的率值控制655.4窯皮的維護655.5窯的冷卻655.5.1計劃停窯時的窯冷卻655.5.2故障停窯661. 水泥預(yù)分解線的窯爐系統(tǒng)1.1 水泥預(yù)分解生產(chǎn)線窯爐耐火材料的選擇，除了使用價格外，通常應(yīng)考慮：v 較長的使用壽命。影響使用壽命的因素有：耐火材料的耐火度，高溫強度，耐火材料與水泥熟料的化學(xué)成分適應(yīng)性，也就是耐火材料的抗化學(xué)侵蝕能力，熱震穩(wěn)定性與煅燒的高溫熟料的反應(yīng)結(jié)合能力等；v 較好的保溫效果。影響因素有：保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，保溫材料所允許的工作溫度，容許保溫材料占據(jù)的空間等；v 較簡易的砌筑方式和較快的砌筑速度;v 維修速度；v 通用性較好，可以從市場上較方便的獲得。1.2 預(yù)熱器及預(yù)分解窯爐1.2.1 預(yù)熱器和預(yù)分解爐熱工制度有如下特點：v 預(yù)熱器與預(yù)分解窯爐的溫度（主要指設(shè)置在設(shè)備壁面的熱偶測試出的溫度），從第一級預(yù)熱器到第五級預(yù)熱器和預(yù)分解窯爐依次為：不高于450、650、750、900、1100和1100。v 在這樣的煅燒溫度下，煅燒物料基本沒有液相出現(xiàn)，基本上不存在結(jié)塊和燒結(jié)。加之系統(tǒng)的熱工狀態(tài)比較穩(wěn)定，因而預(yù)熱器和分解爐中的耐火材料的配置不需過高的耐火度，無需太高的強度；由于預(yù)熱器和分解爐位于整個熱氣流的尾端，溫度變化的頻度和幅度較小，因此無需過高的熱震穩(wěn)定性。v 由于預(yù)熱器和分解爐均為靜止設(shè)備，可用較大的設(shè)備外殼，容納較多的耐火材料，因此可選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的保溫材料，降低設(shè)備外殼溫度，達到節(jié)能的目的。v 由于部分預(yù)熱器和分解爐形狀較復(fù)雜，可選用在成型功能上較靈活的現(xiàn)場成型的耐火澆筑料。v 在8001200范圍內(nèi)是堿金屬氧化物發(fā)生冷凝沉積的溫度帶，因此在堿含量較高的原、燃材料下，預(yù)熱器在很大范圍內(nèi)，耐火材料在受到熱侵蝕的同時，也要經(jīng)受得住堿金屬氧化物的化學(xué)侵蝕。1.2.2 預(yù)熱器分解爐對耐火材料的要求 結(jié)構(gòu)按兩層材料配置，外層為導(dǎo)熱系數(shù)低，強度也較低的保溫材料，工作面為有一定強度且能夠較好抵抗堿性物質(zhì)侵蝕的耐火材料。 形狀復(fù)雜處，多采用耐火材料。大面積直墻由于冷熱交變的作用，已坍塌，應(yīng)考慮錨固措施。其他部位多采用耐火轉(zhuǎn)直接砌筑。 對于一、二級預(yù)熱器，可采用黏土質(zhì)耐堿耐火材料，以降低成本和提高保溫效果；對三級以下的預(yù)熱器，應(yīng)考慮耐火度為1100以上的耐堿耐火材料。對于耐火材料強度的要求，取決于氣流的速度，氣流速度較高處，采用較高強度的耐火材料。 在堿含量達到一定數(shù)量并有可能逐步富集的部位，如分解爐和四、五級預(yù)熱器，應(yīng)在滿足較高耐火度的前提下，考慮采用耐堿的耐火材料。1.2.3 耐火材料的配置實例表一： 2500t/d生產(chǎn)線耐火材料配置序號預(yù)熱器和分解爐耐火保溫材料材質(zhì)澆筑料材質(zhì)1級預(yù)熱器NJ-30（AL2O3含量為30%的水泥窯用耐堿磚）GT-13NL（高強耐堿澆筑料）2級預(yù)熱器3級預(yù)熱器4、級預(yù)熱器AL2O3含量為40%45%的高強耐堿磚GT-13NL（高強耐堿澆筑料）5分解爐上部6分解爐下部AL2O3含量為85%的高鋁磚GJ-15B高鋁質(zhì)低水泥澆筑料7窯尾煙室AL2O3含量為48%的高強耐堿磚GT-13NL（高強耐堿澆筑料）表二： 德國雷法公司配置建議（保溫材料略）序號預(yù)熱器和分解爐耐火磚材質(zhì)澆筑料材質(zhì)1、級預(yù)熱器KX30（AL2O3含量30%的耐磨耐堿磚）Rcy40（AL2O3含量42%44%的澆筑料）2級預(yù)熱器3級預(yù)熱器KX40（AL2O3含量40%45%的耐磨耐堿磚）4分解爐上部5分解爐下部KX85（AL2O3含量85%或更高的高鋁磚）Rcy50（AL2O3含量55%57%的澆筑料）6窯尾煙室KX30（AL2O3含量30%的耐磨耐堿磚）Rcy40（AL2O3含量42%44%的澆筑料）1.3 回轉(zhuǎn)窯1.3.1 回轉(zhuǎn)窯的機械特點及對耐火材料的強度要求v 耐火材料與回轉(zhuǎn)窯殼體之間有一定的滑動或滑動趨勢，產(chǎn)生一定的摩擦，耐火磚必須具有必要的強度，抵抗摩擦帶來的損害。v 回轉(zhuǎn)窯從軸向看，不是絕對的剛性體，由于回轉(zhuǎn)窯筒體在支撐點之間的撓度，隨著回轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)，出現(xiàn)于旋轉(zhuǎn)同步的周期性彎曲，由于三組拖輪的回轉(zhuǎn)窯采用了非靜定結(jié)構(gòu)，當各個拖輪組因溫度差異有不同的膨脹量時，將使窯筒體的同軸度出現(xiàn)偏差，產(chǎn)生較大的附加荷載。當回轉(zhuǎn)窯突然停電時（在暴雨條件下更為嚴重），造成窯筒體因上下受熱不均出現(xiàn)較大的彎曲變形，使窯內(nèi)的耐火磚承受較大的擠壓應(yīng)力。這些附加應(yīng)力將通過窯筒體最終作用在窯襯上。v 徑向應(yīng)力窯筒體橢圓率（%）=窯筒體鋼板內(nèi)徑D（m）/10因筒體橢圓變形傳遞到窯襯得壓應(yīng)力計算：D=3H/4R02*D*ED式中： D壓應(yīng)力（N/m ）； D窯體的橢圓（mm），D=2R0 R0窯筒體半徑（mm）； H襯磚厚度(mm)； ED壓縮彈性模量（N/m）；回轉(zhuǎn)窯橢圓率與耐火磚的壓應(yīng)力橢圓率（%）橢圓度（mm）壓應(yīng)力（N/m）0.31211.250.4161500.52018.750.62422.51.3.2 沿軸向分布的回磚窯的各個熱工帶v 喂料帶 位于回轉(zhuǎn)窯的尾部，約1.52.0mv 預(yù)熱帶 也稱分解帶。v 后過渡帶 也稱過渡帶v 燒成帶v 前過渡帶v 窯口1.3.3 水泥預(yù)分解生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯耐火材料配置實例我國部分工廠配置實例窯規(guī)格窯口前過 渡帶燒成帶后過渡帶安全帶預(yù)熱帶喂料帶3.250m耐熱鋼纖維高強低水泥高鋁耐火澆筑料抗剝落高強高鋁磚直接結(jié)合鎂鉻磚磷酸鹽結(jié)合高鋁磚磷酸鹽結(jié)合高鋁磚CB20高強耐堿隔熱磚耐堿澆筑料3.250m直接結(jié)合鎂磚直接結(jié)合鎂磚直接結(jié)合鎂鉻磚磷酸鹽結(jié)合高鋁磚磷酸鹽結(jié)合高鋁磚CB20高強耐堿隔熱磚耐堿澆筑料3.552m鋼纖維增強低水泥剛玉質(zhì)耐火澆筑料抗剝落高強高鋁磚直接結(jié)合鎂鉻磚抗剝落高強高鋁磚抗剝落高強高鋁磚耐堿隔熱磚高強耐堿澆筑料4.060m鋼纖維增強低水泥剛玉質(zhì)耐火澆筑料硅莫磚、尖晶石磚直接結(jié)合鎂鉻磚硅莫磚、尖晶石磚硅莫復(fù)合磚、尖晶石磚CB30高強耐堿隔熱磚高強耐堿澆筑料5.676m鋼纖維增強低水泥剛玉質(zhì)耐火澆筑料莫來石磚、尖晶石磚直接結(jié)合鎂鉻磚尖晶石磚尖晶石磚復(fù)合保溫耐火磚高強耐堿澆筑料雷法公司對回轉(zhuǎn)窯的砌筑建議序號窯熱工帶耐火磚材質(zhì)砌筑方法軸向膨脹縫徑向膨脹縫1卸料帶高鋁磚干砌或火泥砌筑無無尖晶石磚無2mm紙板2下過渡帶特種鎂磚干砌或火泥砌筑無2mm紙板（1%磚長）尖晶石磚無直接結(jié)合堿性磚3燒成帶特種鎂磚干砌或火泥砌筑無2mm紙板（1%磚長）高溫煅燒鎂鉻磚無直接結(jié)合堿性磚白云石磚4上過渡帶尖晶石磚干砌或火泥砌筑無2mm紙板（1%磚長）特種鎂磚無鎂鉻磚無直接結(jié)合堿性磚5安全帶高鋁磚干砌或火泥砌筑無無6分解帶輕質(zhì)耐火磚無無高耐磨磚無無黏土磚無無雷法公司對回轉(zhuǎn)窯耐火材料配置的建議帶別耐火襯料長度耐火襯料牌號D4.0mD4.0m正常熱負荷熱負荷高窯口擋磚圈上坡方向最多兩圈Kx85Ag85下過渡帶2D12DMp93Ag85，Mp95燒成帶4D46DPx83，Px80Mp93上過渡帶2D24DPx80，Px83Ag85，Mp95安全帶2D2DKx50Kx70預(yù)熱帶從10D起從12D起Rt150Rt150，Kx30，Kx50喂料帶約1mKx30（Rcy40）Kx30（Rcy40）注：公司耐火材料牌號如下： Kx85：含鋁量約85%的高鋁磚 Ag85：尖晶石磚 Mp93：無鉻鎂磚 Mp95：無尖晶石純鎂磚 Px80：鎂鉻磚 Px83：鎂鉻磚 Kx50：含鋁量50%55%的高鋁磚 Kx70：含鋁量約70%的高鋁磚 Rt150：輕質(zhì)耐火磚 Rcy40：含鋁量約40%的澆筑料1.4 篦式冷卻機1.4.1 篦式冷卻機的熱工特點及耐火材料1.4.2 篦冷機耐火材料應(yīng)用實例我國部分工廠篦式冷卻機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鋁磚表面為高強耐火澆筑料，填充粘土磚高鋁磚表面為高強耐火澆筑料，填充粘土磚高鋁磚高強耐火澆筑料高強耐堿磚表面高鋁質(zhì)低水泥澆筑料，填充粘土磚高強耐堿磚表面高鋁質(zhì)低水泥澆筑料高強耐堿磚高強耐火澆筑料雷法公司對篦冷機耐火材料配置的建議設(shè)備部位選用耐火材料篦式冷卻機一室上部Kx85Rcy50（Rcd95）下部Kx85Rcy50（Rcd95）二室上部Kx50Rcy50下部Kx85Rcy50（Rcd95）三室上部Kx30Rcy50下部Kx30Rcy50四室上部Kx30Rcy50下部Kx30Rcy50注：下部是指受活動篦板的影響，與塊狀熟料直接摩擦的部位；上部是指不與塊狀熟料直接摩擦，但受高壓風(fēng)夾帶的顆粒熟料強烈沖刷的部位。1.5 窯頭罩、噴煤管與三次風(fēng)管我國水泥廠窯頭罩、噴煤管與三次風(fēng)管耐火材料配置序號窯頭罩噴煤管三次風(fēng)管1硅蓋板+低水泥高鋁耐火澆筑料剛玉質(zhì)高強低水泥耐火澆筑料硅蓋板+高強耐堿磚+高強耐火澆筑料2硅蓋板+高鋁磚+低水泥高鋁耐火澆筑料剛玉質(zhì)高強低水泥耐火澆筑料硅蓋板+高強耐堿磚+剛玉質(zhì)高強耐火澆筑料3硅蓋板+磷酸鹽結(jié)合高鋁磚+低水泥高鋁耐火澆筑料剛玉質(zhì)高強低水泥耐火澆筑料硅蓋板+高強耐堿磚+剛玉質(zhì)高強耐火澆筑料雷法公司對窯頭罩、噴煤管與三次風(fēng)管耐火材料配置建議設(shè)備部位選用耐火材料耐火磚耐火澆筑料窯頭罩上部Kx85Rcy50下部Kx50Rcy40噴煤管Rcy95（扒釘材質(zhì)相當于我國鋼種中的Gr25Ni20）三次風(fēng)管Kx30Rcy50注：Rcy95 含鋁量約70%95%高抗磨耐火澆筑料1.6 回轉(zhuǎn)窯磚型的改進與選擇1.6.1 新標準系統(tǒng)耐火磚的配置1.6.1.1 ISO標準磚的數(shù)量配置1.6.1.2 VDZ標準耐火磚的數(shù)量配置注：v 以上兩個表中，第一欄窯徑項內(nèi)，相同窯徑的第一行或僅有一行為無間縫材料的配磚比，第二行為帶1mm磚縫的配磚比。v 代號218，B218表示使用于內(nèi)徑2m的回轉(zhuǎn)窯上高度為180mm的耐火磚；代號618，B618表示使用于內(nèi)徑6m的回轉(zhuǎn)窯上高度為180mm的耐火磚；v 以上兩種標準磚在世界上都是通用的。從磚高上分為180、200、220三組，每組從配合的窯直徑上分為2m、4m、6m（還有3m、5m兩種）三種，這種依靠九種磚的適宜搭配，就可以適應(yīng)從2.5m到6.0m直徑的所有規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯耐火磚的砌筑。具體采用哪一種磚，可以根據(jù)優(yōu)選的耐火襯料厚度和耐火磚的膨脹系數(shù)大小來確定。v 在表中列出不同高度的磚并提出了不同高度耐火磚的適用范圍，是考慮再不的窯徑條件下，耐火磚不同的導(dǎo)熱系數(shù)和不同的膨脹系數(shù)之間的適應(yīng)問題。如果窯襯的厚度過大，內(nèi)外膨脹差過大，將造成耐火磚內(nèi)層的剝落。v 表中的ISO標準和VDZ標準并存。相比之下，ISO標準比VDZ標準的耐火磚厚度要大一些，可分別適用于不同膨脹系數(shù)的耐火材料。VDZ磚的厚度較薄，在砌筑時磚縫比較多，可以補縮較大的膨脹量，因此較適宜于膨脹系數(shù)比較大的堿性耐火磚。而ISO標準較適宜于非堿性磚。v 由于我國回轉(zhuǎn)窯用耐火磚的磚型在新標準中沒有各種直徑的回轉(zhuǎn)窯耐火磚的數(shù)量配置，因此這里保留ISO和VDZ標準中的相關(guān)內(nèi)容。但兩個標準在設(shè)定的磚縫上略有不同。1.6.2 我國回轉(zhuǎn)窯用耐火磚的磚型標準 1999年，由中國建筑材料科學(xué)院牽頭編制了GB/T17912-1999回轉(zhuǎn)窯用耐火磚形狀尺寸，等同于ISO和VDZ標準磚型。該標準中水泥行業(yè)常用的耐火磚的外形尺寸及主要參數(shù)見右圖和下表，等同于ISO和VDZ相應(yīng)的標準。ahb標準回轉(zhuǎn)窯磚圖L等大端尺寸103mm回轉(zhuǎn)窯用磚（基本等同于ISO標準）磚號尺寸（mm）體積 （dm3）計算外直徑abhL=1mm=2mmA218103841801983.33231.90751.9895A31810390.53.44822.99523.0240A41810393.53.50163.94113.9790A618103973.56406.24006.300AP-1893873.2080A220103822003.66301.98102.000A320103893.80162.97143.000A42010392.53.87093.96194.000A62010396.23.94426.11776.1765AP-2010386.23.548A22293802203.9862.009A3221034.16003.05703.0800A42210391.54.23623.97914.0174A62210395.54.32336.10136.1600AP-229385.53.8880注：v 部分磚型標準中沒有，或沒有明確表示的，是采用ISO標準的。但GB/T標準中，對于P系列這種衍生的規(guī)則是允許的，即：鎖磚的大小端尺寸可平行增大20mm或減小10mm。用戶可以根據(jù)需要，在耐火磚選型設(shè)計時，選擇應(yīng)種或兩種配磚需要。v =1mm、2mm，分別表示設(shè)計磚縫為1mm和2mm條件下的取值。v 部分單位采用了ISO標準中的單位，但不會造成正確理解標準的障礙，如cm3改換為dm3等中間尺寸71.5mm回轉(zhuǎn)窯用磚（基本等同于VDZ標準）磚號尺寸（mm）體積 （d）計算圓周外徑abhL=1mm=2mmB21878651801982.54832.18772.2154B31876.566.52.79002.8260B41875683.90863.9600B61874695.4005.4720BP1864592.192BP+1883772.851B22078652002.83142.4312.4615B32076.566.53.1003.1400B42075684.34294.4000B62074696.00006.0800BP2064592.435BP+208376.23.152B22278652203.1152.67392.7077B32276.566.53.41003.4540B42275683.1154.77714.8400B62274696.60006.688BP-2264592.679BP+228375.53.452注：v 部分磚型標準中沒有，或沒有明確表示的，是采用VDZ標準的。但GB/T標準中，對于P系列這種衍生的規(guī)則是允許的，即：鎖磚的大小端尺寸可平行增大20mm或減小10mm。用戶可以根據(jù)需要，在耐火磚選型設(shè)計時，選擇應(yīng)種或兩種配磚需要。v =1mm、2mm，分別表示設(shè)計磚縫為1mm和2mm條件下的取值。v 部分單位采用了VDZ標準中的單位，但不會造成正確理解標準的障礙，如cm3改換為dm31.6.3 回轉(zhuǎn)窯襯磚高度的選擇窯徑（mm）建議窯襯磚高度（mm）5600250注：回轉(zhuǎn)窯的高度應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，耐火磚的使用壽命并不適于其高度（耐火襯料的厚度）成正比。對于膨脹系數(shù)較大的耐火磚，過厚的襯料由于內(nèi)外層的溫差過大和膨脹量差別過大，往往導(dǎo)致工作內(nèi)層的早期破損。2. 耐火材料的主要理化性能及檢測是指結(jié)構(gòu)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、使用性質(zhì)和作業(yè)性質(zhì)。對視泥行業(yè)而言，還有一種特殊的性質(zhì)，即所謂的掛窯皮性質(zhì)。2.1 耐火材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)2.1.1 體積密度 體積密度是指多孔材料的質(zhì)量（不含游離水）與總體積（包括固相和全部氣體所占的體積)的比值，用g/cm表示。 體積密度（b）計算公式如下： b=m1/（m3m2）mg式中： m1干燥試樣的質(zhì)量 m2飽和試樣懸浮在液體中的質(zhì)量 m3飽和試樣在空氣中的質(zhì)量 mg試驗溫度下浸漬液體的密度 體積密度直觀地反映了致密耐火制品致密程度，是衡量其質(zhì)量水平的重要指標。另外它還使工程上計算材料用量的基本數(shù)據(jù)。2.1.2 氣孔率氣孔分為開口氣孔、閉口氣孔和貫通氣孔。在耐火材料監(jiān)測標準中，將所有開口氣孔的體積與總體積的比值視為顯氣孔率，用%表示。顯氣孔率（的計算公式如下： a（%）=（m3m1）/（m3m2）100真氣孔率的計算公式如下： t（%）=（t1）/1100式中： t試樣的真密度（g/cm） 1試驗溫度下的浸漬液體的密度（g/cm） 閉口氣孔率（f）的計算公式如下： f=ta 耐火材料的氣孔的大小決定它在高溫條件下抵抗外界侵蝕能力的大小，由于開口氣孔和貫通氣孔占總氣孔體積的絕大部分，并對其使用性能其決定性作用，材料的顯氣孔率大小可反映其致密程度、制造工藝中顆粒級配及成型和燒成是否合理，因此檢測致密耐火制品的顯氣孔率是重要的。2.1.3 真密度真密度是指試樣在完全干燥的條件下（不含游離水）的質(zhì)量與其真體積之比。耐火制品體現(xiàn)了其材質(zhì)的純度或晶型轉(zhuǎn)變的程度等，由此可推測在使用中可能產(chǎn)生的變化。2.1.4 吸水率吸水率是指所有開口氣孔吸收水達到飽和狀態(tài)時的質(zhì)量與其完全干燥狀態(tài)下（不含游離水）的試樣的質(zhì)量之比。該項指標常用于鑒定原料的煅燒質(zhì)量。2.1.5 透氣度透氣度是指氣體在一定壓差條件下對于一定面積、一定厚度試樣的通過能力。透氣度的大小主要由貫通氣孔的大小、數(shù)量和結(jié)構(gòu)決定的。2.2 耐火材料的熱學(xué)性質(zhì) 耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)包括熱膨脹性和熱導(dǎo)率等。2.2.1 熱膨脹 耐火材料的熱膨脹是指試樣在加熱過程中，其長度和體積隨溫度的升高而變化的性質(zhì)，用熱膨脹率和膨脹系數(shù)表示，其數(shù)值上等于單位溫度變化在某一方向上的膨脹量與該方向膨脹前的實際長度的比。國家標準GB/T7320-2000耐火制品熱膨脹試驗方法中規(guī)定熱膨脹率是室溫至試驗溫度間試樣長度的相對變化率，用%表示；平均熱膨脹系數(shù)是室溫至試驗溫度間溫度每升高1試樣長度的相對變化率，單位10-6/。 耐火材料的熱膨脹性能直接影響窯爐砌筑尺寸的嚴密程度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在實際工作中，應(yīng)根據(jù)熱膨脹性和砌筑體的構(gòu)造狀況確定烘烤制度，以避免過度的熱膨脹造成耐火材料的損壞。2.2.2 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率亦稱導(dǎo)熱系數(shù)，它表示在單位溫度梯度下通過材料單位面積的熱流速率，用表示。耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)是衡量材料在使用過程中所具有的隔熱保溫能力，在熱工設(shè)計中，它是熱工計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)取決于材質(zhì)的化學(xué)組成，晶體結(jié)構(gòu)以及反映耐火材料加工狀態(tài)的氣孔分布狀況和氣孔率的大小。一般來講大部分材料在一定的溫度區(qū)間內(nèi)，對一范圍的氣孔率來說，隨著氣孔率的增大，導(dǎo)熱系數(shù)是降低的；而制品的導(dǎo)熱系數(shù)是隨著體積密度的增大而增大。2.3 耐火材料的力學(xué)性質(zhì)2.3.1 強度2.3.1.1 常溫耐壓強度是指在常溫下以規(guī)定的加載速度施加負荷，耐火制品在破壞之前單位面積所承受的最大負荷，用N/mm2表示，即Mpa。2.3.1.2 常溫抗折強度是指在常溫下以恒定的加壓速度對標準規(guī)定尺寸的長方試體在三點彎曲裝置上施加應(yīng)力，記錄試樣能夠承受的最大負荷，用N/mm2表示，即Mpa。2.3.1.3 高溫耐壓和抗折強度 測試原理與常溫相同，只是增加了高溫條件。一些耐火澆筑料和不燒磚選擇測試這項指標，因為這些材料均加入了一定量的結(jié)合劑，其常溫強度會隨著溫度的升高而變化，由于結(jié)合方式不同，有些高溫強度增高或不變化，有些隨著溫度的升高而降低，因此，對某些耐火材料或制品，必須了解其高溫強度，從而確定它們在工作溫度下能否滿足要求。對耐火澆筑料，通常強度指標采用以下條件的一些特定值：v 110烘干強度v 1100燒后強度v 1500燒后強度2.3.2 耐火材料的常溫耐磨性2.4 耐火材料的使用性能2.4.1 耐火度 耐火材料的耐高溫特性。通常耐火度大于1580的無機非金屬材料成為耐火材料。耐火度的高低取決于材料化學(xué)礦物組成和各種具有強熔劑作用的雜質(zhì)成分的含量等。在實際應(yīng)用中，決不能以耐火度作為使用溫度的最大限定值，而僅作為使用最大溫度的一個重要參考值，耐火材料的實際使用溫度要比耐火度低得多。 檢驗標準為GB/T7322-1997（idt ISO 528：1983）耐火材料耐火度試驗方法，具體測試時將耐火材料或制品的試樣錐與已知耐火度的標準測溫錐一起栽在錐臺上，在氧化氣氛中，在規(guī)定的條件下加熱，然后比較它們彎倒的情況，得出該耐火材料的耐火度。2.4.2 荷重軟化溫度 荷重軟化溫度是衡量耐火材料在高溫與荷重共同作用下產(chǎn)生變形時溫度的一項重要指標，它一定程度上代表了耐火材料在使用條件下的結(jié)構(gòu)強度，也就是說耐火材料能夠抵抗恒重負荷和高溫?zé)嶝摵晒餐饔枚３址€(wěn)定的能力，是一項比較接近耐火材料實際工作性能的指標。GB/T 59871998（idt ISO 1893：1989）耐火制品荷重軟化溫度試驗方法（示差升溫法）所規(guī)定的方法為：在規(guī)定恒定荷載和升溫速率下加熱圓柱體試樣，直到試樣產(chǎn)生規(guī)定的壓縮變形，記錄升溫時試樣的變形，測定產(chǎn)生變形時的相應(yīng)的溫度。2.4.3 熱震穩(wěn)定性 熱震穩(wěn)定性是指耐火制品對環(huán)境溫度急劇變化所產(chǎn)生的破損的抵抗能力。影響耐火制品熱震穩(wěn)定性的主要原因是材料在加熱或冷卻過程中由于熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力。對于熱震穩(wěn)定性差的耐火材料或制品，其烘烤作業(yè)時，無論是升溫速率，還是降溫速率都應(yīng)低一些。2.4.4 重?zé)€變化 重?zé)€變化是指耐火制品加熱到規(guī)定溫度，并保溫一定時間，冷卻到室溫后所產(chǎn)生殘存的膨脹或收縮。它與熱膨脹性是一個相近而有不同的概念。高溫膨脹性是可逆變化，反映出材料的熱彈性；重?zé)€變化是不可逆變化，反映出材料的熱塑性。2.5 耐火材料的抗化學(xué)侵蝕性耐火材料的抗化學(xué)侵蝕性是指耐火材料在高溫狀態(tài)下，抵抗氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)物料化學(xué)侵蝕的能力。其機理是通過化學(xué)元素的滲透，擴散化合或催化分解等化學(xué)反應(yīng)，生成不穩(wěn)定或強度很低的材料，通過不同礦物之間的化學(xué)反應(yīng)造成耐火材料的損壞。影響化學(xué)侵蝕的主要因素有：2.5.1 化學(xué)成分和性質(zhì)。2.5.2 耐火材料的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)。2.5.3 侵蝕物液相數(shù)量和黏度。2.5.4 氣孔和氣顯率。2.5.5 溫度。2.5.6 環(huán)境氣氛。2.5.7 反應(yīng)界面中間產(chǎn)物的形態(tài)。2.6 耐火材料的作業(yè)性 耐火材料能否方便的施工取決于作業(yè)性，主要包括黏結(jié)性、硬化性等。對于不定性耐火材料，提高常溫黏結(jié)強度的有水玻璃、硅溶膠、耐火水泥、瀝青、各種樹脂等；提高高溫強度的有磷酸、多種磷酸鹽、硫酸鹽、各種微粉等。 隨著結(jié)合劑的不同，其硬化性差別很大。使用耐火水泥作結(jié)合劑時，隨著水泥水化過程的進行，不定性材料的強度也會不斷提高，適宜的溫度和濕度，將改善這一有益進程的發(fā)展；使用水玻璃作結(jié)合劑時，由于它屬于氣硬性結(jié)合劑，試體需要在干燥的環(huán)境下和適宜的溫度下，完成硬化過程。使用磷酸鹽熱硬系列結(jié)合劑時，試體需要在一定環(huán)境溫度下完成硬化過程，隨著溫度的提高（約11001200），強度達到最高值。上的經(jīng)常才兩種以結(jié)合劑，改善硬化性能以滿足施工要求。2.7 耐火磚的掛窯皮性能 所謂窯皮是指水泥生料在燒成帶和過渡帶的耐火磚表面上，通過黏附和化合而形成一層具有強度的物料層。在窯內(nèi)燒成帶，孰料的燒結(jié)溫度為13001450，而火焰溫度高達18002000，向四周發(fā)出大量的輻射能。當耐火磚表面出現(xiàn)極少數(shù)的液相時（俗稱出汗），生料就會在高溫狀態(tài)下黏結(jié)在耐火磚表面上，形成窯皮得初始層。生料中的某些元素，還會耐火磚表面微觀滲透到一定深度，隨著窯的轉(zhuǎn)動，耐火磚在這一初始窯皮的基礎(chǔ)上，逐漸一層層形成較厚的，較為穩(wěn)定的窯皮。它可以有效抗磨、隔熱、阻滯熱侵蝕和化學(xué)侵蝕。因此耐火磚與水泥生料適當反應(yīng)形成窯皮的能力，稱掛窯皮能力。這是一針對回轉(zhuǎn)窯燒成帶和過渡帶耐火材料提出的術(shù)語和概念。影響掛窯皮能力的因素有：2.7.1 化學(xué)成分白云磚內(nèi)均勻分布著大量游離的CaO，極易與熟料中的C2S反應(yīng)生成C3S，所以白云石磚極易掛窯皮，且磚與窯皮粘結(jié)緊密、堅固。鎂鉻磚初始掛窯皮比較容易，但鉻極易與堿金屬和硫發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性的K2CrO4和K2（CrS）O4，促使熟料的部分元素滲透到鎂鉻磚的熱面層，使其致密和脆化，這一過渡層由于熱膨脹系數(shù)與鎂鉻磚相差較大，在溫度驟變的時候，很容易隨窯皮撕裂剝落。耐火磚中加入少量的（2%）鋯氧化物，能通過CaO+ZrO2生成高熔點的CaZrO3，提高耐火磚與生料的結(jié)合能力，提高窯皮的穩(wěn)定性。同時ZrO2還能大大提高耐火磚的熱震穩(wěn)定性和高溫強度。目前因價格因素限制了它的應(yīng)用。2.7.2 耐火磚的顯微結(jié)構(gòu)2.7.3 水泥生料和燃料與耐火材料的化學(xué)適應(yīng)性在堿環(huán)境里，鎂鉻磚最次。尖晶石磚中的鎂鋁尖晶石組分也會被堿金屬侵蝕，其耐堿性優(yōu)于鎂鉻磚，但次于白云石磚。大量的實踐經(jīng)驗證明，當熟料中的堿硫比（K2O+Na2OCl）/SO3大于1時，燒成帶窯襯的壽命以白云石最佳，尖晶石磚次之，鎂鉻磚最差；當硫堿比小于1時，燒成帶窯襯壽命以鎂鋯磚最佳，其次為尖晶石磚，然后才是白云石磚。3. 水泥行業(yè)常用的耐火材料3.1 高鋁質(zhì)耐火材料及其制品 一般將含鋁量大于48%的硅酸鋁系耐火材料統(tǒng)稱為高鋁質(zhì)耐火材料，以其為主要原料的制品成為高鋁質(zhì)耐火材料制品。3.1.1 高鋁質(zhì)耐火材料的主要礦物 高鋁質(zhì)耐火材料的礦物組成主要為剛玉、莫來石和玻璃相。就成分而言，各種礦物的鋁含量如下：v 低莫來石材料：Al2O3 48%60%v 莫來石材料：Al2O3 61%70%v 莫來石剛玉材料：Al2O3 71%80%v 剛玉莫來石材料：Al2O3 81%90%v 剛玉材料：Al2O3 90%3.1.2 高鋁質(zhì)耐火材料的主要性能3.1.3 高鋁質(zhì)耐火材料制品的主要性能3.1.3.1 一般用途的高鋁磚 GB 2988-2004高鋁磚對于一般用途的高鋁磚作出了明確的規(guī)定。理化指標為：項目指 標LZ-80LZ-75LZ-65LZ-55LZ-48W（Al2O3）（%） 不大于8075655548顯氣孔率（%） 不大于2223232222常溫耐壓強度（Mpa） 不小于55504540350.2Mpa何種軟化開始溫度（） 不低于15301520150014501420加熱永久線變化15002小時0.10.414502小時0.10.4磚的尺寸容許偏差及外觀（mm）項目指標數(shù)值尺寸容許偏差尺寸1502尺寸1513003尺寸3004厚度相對偏差不 大 于1楔度差1扭曲長度3001.0長度3002.0缺棱長度（e+f+g）60熔洞直徑6裂紋長度寬度0.25不限制寬度0.260.5050寬度0.5不準有3.1.3.2 水泥窯用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚水泥窯用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚是指以高鋁礬土熟料為骨料和細粉，磷酸或磷酸鋁為結(jié)合劑，經(jīng)半干法壓制成型，在400600溫度下進行熱處理，化合而成的供水泥窯用高鋁質(zhì)耐火制品。對此，JC350-93水泥窯用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚作了詳細的規(guī)定。制品按結(jié)合劑分為兩個品種。高鋁質(zhì)磚（簡稱磷酸鹽磚），結(jié)合劑為濃度42.5%50.0%的磷酸鹽溶液，代號為P，鎖縫磚代號為PC。磷酸鹽高鋁質(zhì)耐磨磚（簡稱耐磨磚），結(jié)合劑為工業(yè)磷酸，工業(yè)氫氧化鋁配制成的磷酸鋁溶液，摩爾比為Al2O3：P2O5=1：3.2，代號為PA。磷酸鹽直接結(jié)合高鋁磚，其高溫狀態(tài)下強度較高，掛窯皮能力中等，導(dǎo)熱系數(shù)較高，熱震穩(wěn)定性較好。在調(diào)試階段，開窯和停窯次數(shù)較多時，表現(xiàn)出較好的使用性能。磷酸鹽結(jié)合高鋁磚理化性能表項目指標PPA一等品合格品一等品合格品化學(xué)成分Al2O3（%）不小于 7577Fe2O3（%）不大于3.23.2CaO（%）不大于0.60.6常溫耐壓強度（MPa）70607565體積密度（kg/cm3）2700265027502700荷重軟化溫度（2kg/cm2）1350130013001250耐火度（）1780制品的尺寸容許偏差和外觀質(zhì)量表（mm）項目數(shù)值一等品合格品尺寸容許偏差大小頭差值誤差不大于11.5中心線偏差不大于11.5尺寸100不大于1.52100200不大于22.5200雙方商定扭曲尺寸200不大于1.52.0200雙方商定缺角深度不大于1010數(shù)量（熱面及冷面分別計）不大于1個1個缺棱深度不大于57長度不大于該棱長的1/4數(shù)量不大于2條2條裂紋寬度0.25不限制寬度0.260.50不大于2525寬度0.50不容許不容許跨過兩個或兩個以上的裂紋不容許不容許3.1.3.3 莫來石及其制品 莫來石是Al2O3SiO2二元系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定的二元礦物相。其化學(xué)組成為3 Al2O32 SiO2（簡寫為A3S2），理論的鋁氧化物與硅氧化物的質(zhì)量比為71.88：28.12。莫來石的熔點高，強度大，熱膨脹系數(shù)小，抗化學(xué)腐蝕能力強。用純莫來石制成的耐火磚用于回轉(zhuǎn)窯的過渡帶，表現(xiàn)出很高的荷重軟化溫度，較高的高溫強度，膨脹系數(shù)小，熱震穩(wěn)定性好，抗化學(xué)腐蝕能力強等一系列良好的使用性能。由于其掛窯皮性能不佳，用于燒成帶效果不理想。工業(yè)用的莫來石均是人工合成的。按熱加工方法分為少結(jié)合成莫來石和電熔合成莫來石。國產(chǎn)燒結(jié)莫來石耐火制品理化性能 性能化學(xué)成分（%）Al2O372.07480.9475SiO22518.2Fe2O30.30.80.761.5顯氣孔率（%）20.523.91815.616.521體積密度（g/cm3）2.362.492.552.772.792.60荷重軟化開始溫度（）1700耐火度（）18501790蠕變率（%）1550 50h0.081耐壓強度（MPa）75.279.278.419726798水泥行業(yè)推薦的硅莫磚的理化性能指標表規(guī)格ABCAl2O3（%）606370SiO2+SiC（%）35體積密度（g/cm3）2.602.80顯氣孔率（%）20耐壓強度（MPa）809080荷重軟化溫度（）160016001600熱穩(wěn)定性（次