在當今的水泥行業中，新型干法窯、預分解窯和各種類型的傳統窯多種形式共存，而新型干法預分解技術是當今世界技術發展的主流。新型干法水泥熟料在煅燒過程中，燒成溫度1450℃左右，而回轉窯內部的燃燒氣體溫度最高可達1700℃以上，甚至接近2000℃。不論是技術先進還是傳統的燒成系統設備，均需配置高性能的耐火材料。優質的耐火材料不僅可確保窯的高產和安全運轉，而且有利于產品質量的提高，達到生產過程中高效低耗的目的。

　　影響窯內耐火材料使用周期的因素很多。窯內襯料在使用過程中因受機械負荷、熱負荷和化學侵蝕等綜合效應的影響，往往達不到窯襯的正常使用壽命，從而會過早損壞，其原因較為復雜，必須通過仔細觀測分析，才能找出不正常損壞的原因，減少窯襯的過早損壞事故。通過多年的生產實踐發現在眾多的影響因素當中，以下3個方面尤為重要，水泥廠對此不應忽視，要側重管理。

　　機械應力對耐火材料使用壽命的影響

　　回轉窯是旋轉體，機械應力對耐火材料的損傷非常突出，由于不同狀況的操作條件，耐火磚受到不同機械應力的作用，當所承受的機械應力強度超過耐火磚自身的強度時，磚體在應力作用下產生局部或全部損壞。因此機械應力是最為重要的損壞因素。

　　1.橢圓變形帶來的磚損傷

　　①橢圓變形如何帶來磚損傷

　　窯筒體變形是由窯內襯磚、窯料和筒體重力等綜合因素造成，在上述重力及熱負荷作用下，筒體的圓形截面變成橢圓形。當窯運轉時，橢圓對耐火磚造成機械應力，橢圓度愈大所產生的機械應力也愈大。為減少輪帶對筒體的應力變形，在筒體和輪帶之間設計時留有間隙，在生產過程中，應經常對間隙進行調整，保持合適的間隙。即使采用預防性措施，窯筒體在長期運轉過程中仍會出現橢圓形變，致使窯內襯磚遭受橢圓度應力。由橢圓產生的剪切應力隨窯旋轉每周至少變化4次，使用6～8個月襯磚受剪切應力循環作用360萬～480萬次，這是十分巨大的疲勞作用，對耐火材料的破壞格外嚴重。由橢圓產生的剪切應力作用在每環磚的切線方向，故殘磚剝落成環狀損壞，而剝片厚度一般均勻、堅硬。

　　②橢圓率的管理

　　Holderbank公司提出的橢圓率管理數值，一般將其作為橢圓率的管理基準值，這個數值有上限值和下限值，與窯徑呈直線關系，上限和下限之間的部分為理想范圍。上限值是對荷重或間隙引起大窯變形而造成耐火材料損傷所能允許的最大界限值，如果超過上限會給磚帶來不良影響，造成磚脫落等事故，引起耐火磚破損。下限值是為了避免間隙不足時產生窯筒體被輪帶夾住(所謂輪帶夾緊現象)的數值。

　　橢圓率的值是通過橢圓度計算出的，橢圓率=橢圓度/窯有效內徑×100%。橢圓度計算式為W=4/3D2σ，其中W為橢圓度，σ為筒體測示儀測得的最大偏差值，D為筒體外徑。合理的橢圓度應小于窯外徑的1/10，因此橢圓度要控制在窯外徑的1/10范圍內。若沒有筒體測試裝備，可以通過輪帶和筒體相對滑動(滑移量)和間隙對橢圓度進行控制。

　　實踐表明，磚的損耗速度與熱窯橢圓率有一定的相關關系，通過它們的關系得到近似公式得出：熱窯橢圓率的允許值為1年運轉要控制在0.42%以下，半年運轉要控制在0.78%以下。但是在燒成區域，由于橢圓度的增大會造成結皮不穩定從而引起熔化損傷等異常損耗，因此要進行更加嚴密的橢圓率管理。

　　橢圓率管理不僅對穩定大窯操作、延長磚的使用壽命有重要意義，而且通過定期測定熱窯橢圓度也可以準確掌握機械狀況，制定出更加準確的大窯維修計劃。

　　③管理要點

　　通常的運轉管理中，如果在熱態窯情況下測出的橢圓率(實測值)等于或超過0.6%，并且輪帶滑移量等于或超過30~50mm，必須考慮調整墊板高度。實際工作中必須考慮以下幾點：一是抑制卡緊現象發生。要掌握通常運轉時的輪帶滑移量并對從滑移量中計算出來的橢圓率變化進行管理。同時要確認這個數值和筒體橢圓率測定儀的實測值呈何種關系。如果有條件，筒體測定儀的實測值可以兩個月測定一次，但最少要大修前測定一次，用以制定維修計劃。點火時要監視輪帶和筒體的溫度及輪帶滑移量，要將筒體進行冷卻以消滅溫度差、抑制卡緊現象發生。在運轉方面可采取改變升溫速度等措施。二是使橢圓率靠近理想范圍即0.4%~0.6%。可采用加強筋或加大筒體板厚以增強窯的剛性并及時進行橢圓率的測定。

　　2.大窯偏芯帶來的磚損傷

　　在窯筒體安裝及部分筒體切割更換時，定芯工作基本上都是在冷窯狀態下進行的，因此，當運轉中有熱負荷和荷重發生后，窯筒體的芯會發生偏移，當芯的偏移不大時不存在什么特別問題，但經過長時間的運轉后，輪帶和托輥的磨損、托輥的外偏和內偏、筒體的部分切割更換等因素都會促使芯的偏移越來越大。

　　①大窯偏芯如何帶來磚損傷

　　回轉窯的結構是用幾個大的輪帶將細長的圓筒支撐起來而成的，各個支點的回轉芯應設置在一條直線上。在定芯準確的狀態下，筒體的扭曲為最小，荷重也都適當地分散在各個支點上;相反，由于在運轉中托輥和輪帶會發生磨損，如果不及時修正，大窯肯定會發生偏芯現象。當大窯偏芯時，連接各個支點的回轉芯垂直或水平方向無法在一條直線上，這時筒體的扭曲和變形較大，加在內襯磚上的機械應力就會增加，因此磚的使用壽命會大幅度縮短。

　　當窯芯不在一條直線而在偏芯的狀態下轉動時，磚不僅會受到擠壓而容易造成壓壞或脫落，而且由于各個支點的荷重條件會發生變化，特別是當支點的荷重過大時，容易造成托輥軸瓦燒損、輪帶及托輥表面異常剝離或裂縫等。另外，大小齒輪也會產生忽深忽淺的振動或缺損。因此，當窯芯偏移超過3mm時，一定要進行定芯修正。

　　②如何定芯

　　大窯的定芯方法有兩種：一種是在冷窯狀況下，在大窯內部求出各個支點和大齒輪的芯、使用光線等，邊調整托輥邊將芯定在一條直線上的方法;另一種是在熱窯狀態下從大窯外部求出各個支點的回轉芯，然后邊調整托輥邊將芯定在一條直線上的方法。在部件已經發生磨損的情況下，在大窯運轉過程中求出回轉芯的熱窯方法，對改善大窯的條件起有效作用，因此，建議水泥廠應采用在運轉狀態下進行定芯的熱窯定芯方法，相比冷態的定芯作用更好。

　　③定芯帶來的改善

　　進行熱窯定芯后，當窯芯定得準確的狀態下，筒體的彎曲和扭曲都降到最小，加在各個支點上的荷重也都分布得比較合適，實踐證明耐火磚的損耗速度明顯下降;除此之外，在定芯準確的狀況下，大窯內襯耐火磚、大窯筒體、輪帶下墊板(座板)、輪帶、支撐托輥、托輥軸、托輥軸瓦受到的壓力較小，使用壽命得以延長。可見在定芯準確的狀態下，不僅耐火磚如此，其他所有的部件也由于所受應力減小而減少了磨損，從而使窯的使用壽命得以延長，其結果可以避免大窯的意外停車，提高機械性穩定程度。也就是說，準確的定芯可以在預防維修方面也起到有效作用。

　　軸向膨脹擠壓應力帶來的磚損傷

　　1.軸向膨脹擠壓應力如何帶來磚損傷

　　回轉窯有3.0°～4.0°的傾角，在回轉窯轉動到上方時，易使磚和窯皮出現脫離筒體的傾向，促成磚抽簽、掉磚、窯皮脫落，窯中心線傾角越大、轉數越快，也就越不利于襯磚的安全和窯皮的穩定。

　　2.克服擠壓剝落的辦法

　　①密切關注耐火材料自身膨脹

　　熱膨脹性是耐火材料使用時應考慮的重要性能之一。爐窯在常溫下砌筑，而在高溫下使用時爐體要膨脹。為抵消熱膨脹造成的應力，需預留膨脹縫。線膨脹率和線膨脹系數是預留膨脹縫和砌體總尺寸結構設計計算的關鍵參數，不能忽視。

　　②留好環縫

　　克服擠壓剝落的辦法是留好環縫。不論鎂鉻質還是尖晶石質磚，1400℃時的膨脹率均可按1.6%估算，長198mm的磚膨脹量為3.17mm，故環縫不可小于3.0mm，有的企業在磚出廠前貼2.6~3.0mm的紙板是正確的。這里說的環縫大小是理論值，作者實際測量環縫的平均值在3.5~4.0mm，而實際操作中要進行精密計算。在烘窯時，紙板燒掉，磚尚未膨脹到最大點，因此紙板遏制磚的竄動能力有限，為防擠壓應力防范措施失效，貼板應采用燃燒溫度高的材質(如纖維板)，并應研究烘窯操作制度，將F0降為最小。

　　許多水泥廠認為過渡帶溫度低，竄動擠壓力不大，不要求砌于此區域的磚加紙板。事實并非如此，尖晶石質材料在1200℃的膨脹率為1.3%~l.2%，凈膨脹量為2.8mm，說明貼紙板很有必要，拆窯時會發現在上、下過渡帶不貼紙板的窯襯每塊磚都表現出擠壓剝落的特征，剝頭量可達50%，嚴重者幾乎全部爆頭或斷裂，因此在損傷分析中要仔細客觀，不能只簡單地認為磨損、化學應力及熱應力重要，更要注意熱膨脹的重要性及砌筑時設計計算的重要性。

　　生產操作對耐火材料使用壽命的影響

　　生產操作對耐火材料使用周期的影響機理復雜，因素較多，下面就大型預分解窯從兩個主要方面加以分析。

　　1.煅燒溫度過高引起的磚損傷

　　大型預分解窯使用預熱器和分解爐，以及高效篦式冷卻機和多風道噴煤嘴，入窯生料的分解率達90%以上，窯頭和窯頭罩又加強了密閉和隔熱，火焰溫度可達到1700℃以上，甚至接近2000℃。其過渡帶、燒成帶、冷卻帶、窯頭罩、冷卻機的喉部和高溫區，以及噴嘴外側部位的工作溫度遠高于傳統窯相應部位的。即使采用優質材料，大型回轉窯的過渡帶、燒成帶和冷卻帶的窯襯壽命一般在0.5~1年，短的甚至僅3~5個月。窯口和噴嘴襯料壽命一般只有0.5~1年甚至更短，窯頭罩和冷卻機喉部窯襯壽命約2年。因此，在窯的試生產階段，這種窯的年運轉率一般僅為70%~75%，少數能達85%~90%。如果預熱器、分解爐的預分解程度很不穩定，會使窯內各工藝帶位置經常變動，必將導致窯操作不穩定，窯襯損壞更快。因此嚴格控制并準確測量最高煅燒溫度必須引起重視，窯磚損傷40%的可能性是由于沒有掌握好窯內的最高煅燒溫度，或者沒有進行最高溫度的管理，所以最高溫度管理必須進入工藝管理過程，可結合火焰比色、測溫儀、熟料晶相分析等方法進行測試。

　　2.窯速較快引起的磚損傷

　　傳統回轉窯的轉速一般只有60~70r·h-1，大型預分解窯的轉速常達180~220r·h-1，甚至240r·h-1以上，回轉窯筒體的線速度達到1m·s-1以上。在高轉速、大直徑和高溫度的新型干法窯上，窯襯所受熱應力、機械應力和化學侵蝕的綜合破壞效應比傳統窯要大得多。這就要求新型干法窯的窯襯無論在冷態或熱態下，在窯轉動中均須具有足夠的強度和穩定性，在窯襯設計和耐火磚選型中都要保證更高的精準度，并要求更高的施工質量。在生產操作上，也不能一味追求高轉速，要做到物料、窯轉速和窯內煅燒狀況的匹配，才能達到最佳效果。

　　隨著水泥工業中應用的耐火材料品種不斷增加，在注重節能降耗的今天，水泥生產企業的科技人員應更多地了解耐火材料，更好地使用耐火材料，采取一系列措施維護好耐火材料，把耐火材料消耗降到最低水平。