上世纪90年代我国水泥工业飞速发展，生产工艺全面变革，淘汰旧的立窑生产方式，窑外分解干法生产线开始唱主角。回转窑的主要内衬材料多以镁质产品、磷酸盐系列和抗剥落高铝制品为主，使用寿命一般在6-8个月。进入二十一世纪，水泥工业做大做强成为发展主旋律，集团化经营模式遍布全国。随着回转窑的发展，内衬材料也在不断的变革中促进着窑龄延长，由半年周期增加到一年周期。目前，水泥回转窑的前后过渡带和分解带，多数企业选用的是尖晶石砖和硅莫系列制品，基本上保证了窑龄的同步检修和满足一年一次的周期计划。然而，如何在原有基础上节能降耗，如何抑制碱性制品的超高热导率和较差的热震稳定性，更好的保护筒体设备，进一步提高水泥企业的整体效益，已成为水泥行业增效节能的重要议题。
郑州中本窑炉材料有限公司长期致力于回转窑过渡带“长效节能”产品的研制与开发。2012年推出的隔热硅刚玉砖以崭新的工艺和优良的品质成为大中型回转窑过渡带和分解带的首选。它选择黑刚玉和特级莫来石作为基础材料，以碳化硅和锆英石作为辅助材料，加入添加剂和复合结合剂以高压成型，采用半还原气氛高温烧结的特殊工艺，使制品具有更高的耐磨性能和抗热震性能，较之尖晶石砖和硅莫砖更具备长效节能的品质和优点。另外，隔热硅刚玉砖在非工作面嵌入了一定厚度的高温陶瓷纤维板，在保留足够强度不影响使用寿命的基础上使整体导热系数大大降低，有效阻隔了热量向筒体的大量传递。不但保护了筒体设备，还减轻了设备荷重，降低了煤耗，提高了热能有效利用率。如图所示：
二、隔热硅刚玉砖与其它制品的理化性能特点分析与对比
1.耐磨、耐热震、导热性能均优于尖晶石砖。
尖晶石砖做为改良的碱性材料，继承了荷软高、抗浸蚀性良好的碱性制品特点，相对提高了耐压强度，但同时存在热震差、导热系数高和耐磨性能明显不足的缺点。隔热硅刚玉砖强度是尖晶石砖的1.5-2倍，热震次数（水冷1100℃）是尖晶石砖的2-3倍（见附表），导热率低于尖晶石砖1倍以上，优良的物理指标从根本上改变了回转窑在运行过程中的工况环境。
如图所示：
名称
荷重软化温度（T0.6·℃）
热导率（1100℃）W/m.k
耐压强度（MPa）
热震次数
（次）
5000T/D生产线为例，过渡带参考使用寿命（月）
隔热硅刚玉砖
≥1660℃
热端≤1.8
冷端≤0.2
110-150
20-25
12-24
尖晶石
≥1700℃
3.0
50-70
4-12
10-12
硅莫红砖
≥1650℃
≤1.8
90-110
15-20
10-16
高耐磨复合砖
≥1400℃
热端≤1.8
冷端≤1.5
60-80
20-25
6-8
首先，较高的耐压强度是抵抗回转窑运转应力的重要因素。在开停窑过程中剪切力对制品影响巨大，极易将在高温状态下工作的内衬制品挤压致其断裂甚至掉砖垮窑，造成企业停产修补的损失。同时，耐压强度的高低也是评判耐磨性能好坏的重要因素，强度越高其耐磨性能越好。作为隔热硅刚玉制品的主要材料--刚玉和碳化硅均属于高耐磨材料，合成煅烧后的制品具有优良的高耐磨性能，其磨蚀量远低于碱性制品（按照国家标准《GB/T 18301-2001》检验隔热硅刚玉制品的单位时间磨蚀量小于3.2cc）。
其次，优良的热震稳定性是隔热硅刚玉砖的一大特点。隔热硅刚玉砖在高温下不易剥落和炸裂，较低的气孔率不仅来自于制品自身的级配结构，同时借助于制品在高温下形成的釉面对显气孔的封闭，这种釉面不仅阻碍了有害气体对制品的渗透和破坏，还在一定程度上增加了制品的韧性。观察残砖可以发现，尖晶石砖的有害渗透一般20mm，而隔热硅刚玉砖的渗透不会超过5mm。也就是说，尖晶石砖每次剥落层厚一般在2-3cm，而隔热硅刚玉砖不会一层一层的剥落，只会在平整的磨损中一点点减少制品高度。
减少热损失方面，隔热硅刚玉砖更具有不可替代的优良品质。碱性制品的热导率高，在耐火制品中相对中性材料是十分明显的，它是热能损失的主要因素，也是导致红窑造成回转窑变形的主要原因。"长效节能"首先是保证热能的使用效率，减少热排放，阻隔热流失，从而降低燃料消耗。隔热硅刚玉砖不仅具备中性材料较低的热传导性能，高温陶瓷纤维板在内衬材料和筒体间形成断热层，其热导率小于0.1w/m·k，是十分优良的高温隔热材料，为节能降耗提供了重要保证。
另外，良好的体积稳定性也是隔热硅刚玉砖的显着特点。碱性制品由于膨胀系数较大，在高温下的热应力容易使制品相互挤压造成炸头剥落。隔热硅刚玉砖的膨胀系数相对较小，高温下由于体积稳定而不降低使用强度，增强了抗冲刷和耐磨性能。
同时，密度适中也是回转窑内衬选择不可遗忘的条件。碱性制品与隔热硅刚玉制品相比，其比重相差10%（尖晶石3.0，隔热硅玉砖2.7）。也就是说同样体积的内衬，隔热硅刚玉砖要比尖晶石砖减少10%的重量，也相对减轻了设备荷载。
2.与传统复合砖相比，隔热硅刚玉制品的使用寿命更长，更稳定。
近年来，硅莫系列制品以良好的热震稳定性、耐磨性和强度大等特点普遍在回转窑内使用，效果确实优于其它制品。但随着回转窑内径的扩大和台时产量的增加，对内衬材料"长效节能"的需求更高。以Φ4.8*74m回转窑为例，目前大部分企业将硅莫系列产品使用在30m甚至35m以后，而在22m－30m处则普遍被认为是最易损坏的部位，既无窑皮保护又有高温冲刷和废气浸蚀的工况环境，要求内衬制品具有更优良的品质做保证，硅刚玉砖于2010年在山东博山水泥公司回转窑23m－32m处试用12个月，修窑时发现残砖磨蚀平整，厚度在130m－150mm之间，其耐磨和抗冲刷性能优良。
探索长效节能产品一直以来是耐材企业的追求，回转窑内衬隔热产品也曾相继投放市场，从高铝复合砖到磷酸盐复合砖，甚至也推出过尖晶石复合砖，均由于保温层的选择困难或复合困难而失去市场。究其原因，一是产品强度对隔热部分的支持不够，二是保温部分起不到预期的隔热效果，也就是说长效和节能不能同步并举。隔热硅刚玉砖则不同，它以高强高耐磨性能维持"长效"，延长使用周期；又以最佳隔热材料支持"节能"，做到了合二为一的实用效果。
隔热硅刚玉砖与耐磨复合砖对比：
三、隔热硅刚玉砖在回转窑中的实际应用
筒体扫描显示，相同的工况环境下，隔热硅刚玉砖与硅莫砖和尖晶石砖相比，筒体温度可降低40-70℃，温差波动范围降低3倍以上，对保护筒体设备起到了良好的作用。
隔热硅刚玉砖在推广应用过程中，公司技术人员进行了全程跟踪服务。下面是威顿水泥集团公司三号线使用隔热硅刚玉砖在不同阶段的温度扫描。
图一．升温阶段
图二．投料后24小时
图三．正常生产一周后
过渡带既是工况环境最恶劣的地方，也是筒体表面温度的最高点。从工作人员现场拍摄的照片可见，使用隔热硅刚玉砖的部位其温度从始至终都是筒体的最低点，从过渡带（使用隔热硅刚玉砖）、分解带（使用的硅莫红砖）以及预热带（使用硅莫砖）在升温和正常运行过程中的温度变化对比可知：使用隔热硅刚玉砖的部位筒体温度从图一的204℃到图三的267℃共升高了63℃；而使用硅红莫砖和硅莫砖的部位筒体温度分别升高了99℃和89℃。为了更准确的测试隔热硅刚玉砖的隔热保温功效，工作人员在使用隔热硅刚玉砖、硅莫红砖和硅莫砖的部位各取了20个温度点并计算其平均值，对比发现，使用硅莫红砖的部位上升了74℃，使用硅莫砖的部位上升了86℃，而使用隔热硅刚玉砖的部位仅上升了33℃，比其它产品降低筒体温度40℃以上。对比原始记录中使用尖晶石砖的筒体温度，更是降低了80℃以上，从图一至图三的分析可以看出，在正常运行中，使用硅莫红砖和硅莫砖的部位温度波动差分别是33℃和22℃左右，而使用隔热硅刚玉砖的部位温度差仅8℃，说明隔热硅刚玉砖在降低筒体温度的同时，也使筒体温度波动很小，不仅起到了隔热保温、节能降耗的作用，还保证了设备长期稳定运转。
总述：隔热硅刚玉制品使回转窑寿命周期延长30%-50%，筒体温度比硅莫制品降低30-50℃，比尖晶石砖降低50-80℃，让回转窑设备不再发生红窑现象，同时减轻了设备荷载。
根据国家权威部门的资料和数据显示：水泥回转窑筒体每降低1℃，每公斤熟料将节约5.4KJ热量（每公斤标煤约有7000大卡热量，1大卡≈4.184千焦），通过计算可以得出，由尖晶石砖改为隔热硅刚玉砖使用时（平均降低筒体温度60℃计算），每吨熟料节约原煤11kg左右；由硅莫砖改为隔热硅刚玉砖使用时（平均降低筒体温度40℃计算），每吨熟料可节约7.37kg原煤。即每年（按300天计算）每条5000t/d生产线分别可节约标煤1.1万吨和1.65万吨，经济效益十分显着。当然，这有赖于全线均采用"长效节能"制品，局部更换节能降耗效果会相应减弱。
目前水泥回转窑烧成带内衬寿命周期一般在8-12个月，而凭借隔热硅刚玉砖高强度和高耐磨性能的支撑，加上对筒体温度不再担心，在前后过渡带使用寿命将会延长到16-24个月，比其它制品将延长1.3-1.5倍寿命周期，对筒体的保护和设备正常平稳运行的保障更是不可忽略。
隔热硅刚玉砖系列产品的试用推广，离不开广大水泥企业尤其是新老客户的大力支持和协作。目前，系列产品正在太原智海企业集团、山西威顿水泥企业集团、河南永安水泥公司等大中型水泥企业试用推广中。我们坚信，随着隔热硅刚玉砖系列产品的不断研发推广，回转窑“长效节能”的目标规划一定会落到实处，使企业效益和社会综合效益得到提升。
郑州中本窑炉材料有限公司 研发部
技术顾问：韩明军
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