水泥工業(yè)作為我國主要的高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)，是工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其節(jié)能減排效果對(duì)完成我國能源消耗目標(biāo)、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。水泥窯通過使用隔熱耐火材料節(jié)能減排的途徑主要有兩個(gè)方面。其一，在窯尾預(yù)熱系統(tǒng)、三次風(fēng)管、冷卻機(jī)使用高效能、長壽命隔熱耐火材料；其二，在回轉(zhuǎn)窯使用高強(qiáng)隔熱燒結(jié)耐火材料。窯尾預(yù)熱系統(tǒng)等部位的高效能、長壽命耐火材料主要是解決高效能隔熱功能和長時(shí)間使用壽命的矛盾。回轉(zhuǎn)窯使用高強(qiáng)隔熱燒結(jié)耐火材料主要隔熱功能和機(jī)械強(qiáng)度以及堿侵蝕的問題。

水泥窯用耐火材料作為水泥窯內(nèi)襯是水泥回轉(zhuǎn)窯的關(guān)鍵材料，起著維持燒成水泥熟料所需的高溫，同時(shí)保護(hù)窯爐設(shè)備并減少窯爐散熱損失的作用。耐火材料質(zhì)量優(yōu)劣、配套的正誤、施工水平的差異、使用及維護(hù)的好壞，對(duì)水泥生產(chǎn)的產(chǎn)量高低、質(zhì)量好壞、能耗大小和設(shè)備壽命都有重要的影響。

耐材“鉻公害”問題凸顯

鉻是一種銀白色金屬，在自然界中主要形成鉻鐵礦，化合價(jià)有+2、+3、+6三種。其中六價(jià)鉻更易被人體吸收，通過消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體，而且可在人體內(nèi)蓄積，有致癌作用。

在水泥中，鉻元素的存在狀態(tài)不同，其中Cr⁶⁺逐漸向外浸出時(shí)會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。曾經(jīng)有學(xué)者指出，隨著pH值的變化，水泥中Cr⁶⁺的溶出量是不同的。Cr⁶⁺在堿性條件下溶出量較小，pH值降低到6～8時(shí)，溶出量驟然增加，達(dá)到2.0～2.5mg/L，而正常的飲用水中六價(jià)鉻含量小于0.05mg/L。德國的研究表明，盡管前7天內(nèi)的溶出較快、溶出量大，后期溶出量較少，但是持續(xù)溶出時(shí)間還是很長的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，六價(jià)鉻在水泥中的溶出時(shí)間高達(dá)7個(gè)月。

除此之外，鉻在耐材中的應(yīng)用更為廣泛，鎂鉻磚就是其中之一。鎂鉻磚是方鎂石和尖晶石為主要礦物組分的耐火材料制品，其中含有10%~20%的鉻礦石，因其具有抗熱震性好，掛窯皮性俱佳，導(dǎo)熱率低等優(yōu)點(diǎn)，深受水泥企業(yè)喜歡。然而就是如此優(yōu)質(zhì)的耐火材料，由于鉻的存在成為了環(huán)境污染的又一源頭。

研究表明，在水泥回轉(zhuǎn)窯使用后的鎂鉻磚殘磚中，Cr⁶⁺含量約為0.1%～0.5%，平均為0.3%，其主要有害物質(zhì)為K₂CrO₄。一般認(rèn)為重鉻酸根（Cr₂O₇）^2-（橙紅色）比鉻酸根（CrO₄）^2-（黃色）有更大的危害性。

針對(duì)鎂鉻磚中鉻的危害，中國建筑材料科學(xué)研究總院袁林教授舉了個(gè)例子：“我國一條4000t/d水泥窯年拆卸鎂鉻殘磚180t，向環(huán)境排放Cr⁶⁺共180kg。為使環(huán)境水達(dá)到IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Cr⁶⁺＜0.05mg/L），年需凈水180kg/（0.05×10^-6）/1000=360萬噸凈水稀釋。如達(dá)到I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Cr⁶⁺<0.01mg/L），則年需1800萬噸凈水稀釋。其中，殘磚最高的Cr6+含量高達(dá)2577mg/kg。該磚可以污染約相當(dāng)于自身重量25萬倍的純凈水，危害可見一斑?！?

目前，“鉻公害”已經(jīng)成為了引起國際關(guān)注的重大問題。為了限制、禁止六價(jià)鉻產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用，各個(gè)國家相繼制定了相關(guān)的法規(guī)，其中歐盟發(fā)布了WEEE和ROHS兩項(xiàng)指令，禁止六價(jià)鉻的產(chǎn)品和工藝美國在全境取消六價(jià)鉻的工藝，日本的UE委員會(huì)表示采用歐盟兩項(xiàng)指令，全面廢除六價(jià)鉻的使用。中國對(duì)六價(jià)鉻產(chǎn)品的限制更為嚴(yán)格，分別在《中國人共和國環(huán)境保護(hù)法》，《中國人共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》，《關(guān)于加強(qiáng)含鉻危險(xiǎn)廢物污染防護(hù)的通知》，《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，以及工信部編制并印發(fā)了《水泥行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推行方案》、《關(guān)于促進(jìn)耐火材料產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的若干意見》等文件中對(duì)六價(jià)鉻制品有明確的限制和制裁措施。其中，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB-3838-88，在地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Cr⁶⁺的含量有明確規(guī)定。

耐材減量節(jié)能化趨勢(shì)明顯

根據(jù)工信部《關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見》的要求，到“十二五”末，全國水泥生產(chǎn)平均可比熟料綜合能耗小于114千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，水泥綜合能耗小于93千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。水泥顆粒物排放在2009年基礎(chǔ)上降低50%，氮氧化物在2009年基礎(chǔ)上降低25%，二氧化碳排放強(qiáng)度進(jìn)一步下降，由此可見，節(jié)能已經(jīng)成為水泥行業(yè)的關(guān)注的又一熱點(diǎn)。

據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，新型干法水泥窯的龐大的預(yù)熱系統(tǒng)因?yàn)橛懈魺嵝Ч麡O佳的硅酸鈣板作為隔熱材料，只要整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，不會(huì)有明顯的節(jié)能效果。國內(nèi)外的水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)一般都根據(jù)各個(gè)區(qū)間溫度的差異和耐火材料的主要消耗原理嚴(yán)格的分為上過渡帶、燒成帶、下過渡帶、分解帶、預(yù)熱帶，并根據(jù)各個(gè)帶的不同選擇不同性能的耐火材料。

據(jù)資料顯示，在1998年華新水泥廠5#窯（5000TPD）的磚的配置情況和上面基本雷同，可見在國外回轉(zhuǎn)窯的耐火材料配置情況這些年來基本沒有發(fā)生根本性的變化。

相比之下，國內(nèi)大多數(shù)水泥回轉(zhuǎn)窯在耐火材料的選擇一般只分為堿性磚和硅莫磚兩種。據(jù)專家介紹，堿性磚和硅莫磚的導(dǎo)熱系數(shù)都較高，其中堿性磚在1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)要達(dá)到3.0w/m.k左右，硅莫磚在1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)也要達(dá)到2.0~2.2w/m.k左右，這與國際上的回轉(zhuǎn)窯耐火材料選擇有較大差距。

基于以上因素，瑞泰科技研發(fā)了水泥回轉(zhuǎn)窯用低導(dǎo)磚，主要應(yīng)用與水泥回轉(zhuǎn)窯的預(yù)熱分解帶，起到了極好的使用效果。平均筒體的溫度下降60℃~70℃左右。并在南方水泥等企業(yè)的應(yīng)用收到廣泛好評(píng)。

通過研究，低導(dǎo)磚在滿足工藝使用條件的基礎(chǔ)上，與硅莫磚相比較具有如下特點(diǎn)：

1.導(dǎo)熱系數(shù)低，隔熱性好，減少窯體的散熱損失，直接節(jié)能。配合其他耐火材料技術(shù)可以獲得節(jié)省標(biāo)煤1kg/t熟料的效果。

2.穩(wěn)定性好，較強(qiáng)的耐磨性和抗侵蝕能力，使用壽命能夠滿足回轉(zhuǎn)窯檢修的同步性。

3.體積密度小，降低水泥窯的負(fù)載，間接節(jié)能。

此外，在保證水泥窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，盡量減少耐火材料的使用量，從而達(dá)到間接節(jié)能的目的。

耐火材料在水泥窯整體設(shè)備成本中所占比例較低，但在影響水泥窯設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本中卻非常高--某耐火材料一旦出現(xiàn)出問題就可能導(dǎo)致整窯停止運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水泥窯上百萬的損失。因此在每年的檢修中，耐火材料是其重要一部分。

據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，就目前的國內(nèi)耐火材料生產(chǎn)水平以及水泥企業(yè)對(duì)窯爐的操控水平來說，達(dá)到水泥窯3年2修這個(gè)目標(biāo)是完全可行的，但要基于一下幾點(diǎn)：

1.對(duì)窯爐耐火材料的配置和使用情況的了解。每個(gè)窯爐都有其不同的特點(diǎn)，原材料的差異化、窯爐運(yùn)行特性的差異化、耐火材料配套使用的差異化、窯爐用耐火材料砌筑和使用的差異化等，這些都會(huì)導(dǎo)致耐火材料使用結(jié)果的差異化。

2.耐火材料損毀機(jī)理的研究。對(duì)耐火材料損毀機(jī)理的研究是項(xiàng)基礎(chǔ)工作，對(duì)提高和改進(jìn)耐火材料現(xiàn)有性能做個(gè)理論支撐，同時(shí)也對(duì)未來耐火材料的發(fā)展指明方向。

3.最合理耐火材料配置方案的確定。最合理的耐火材料配置，并不是水泥窯的每個(gè)部位都用最好的材料，而是將最適用的符合最佳部位使用性能的耐火材料加以應(yīng)用。

4.提供優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的耐火材料。

5.可信賴的耐火材料施工隊(duì)伍和質(zhì)量。耐火材料施工的好壞是決定耐火材料使用性能的主要因素之一，對(duì)施工水平的重視程度應(yīng)該和對(duì)耐火材料本身質(zhì)量的重視程度同等重要。

6.耐火材料全生命周期跟蹤服務(wù)和持續(xù)改進(jìn)。

耐火材料是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)但卻是水泥窯爐必不可少的關(guān)鍵材料之一，目前中國水泥工業(yè)的現(xiàn)狀賦予了耐火材料產(chǎn)業(yè)更多的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也提出了新的問題和挑戰(zhàn)。中國水泥窯用耐火材料無鉻化進(jìn)程經(jīng)歷了相當(dāng)漫長的階段，對(duì)于這樣一個(gè)必然的趨勢(shì)，一些耐火材料生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)走在了前面，成功研制和生產(chǎn)了無鉻化產(chǎn)品并應(yīng)用到市場中。水泥企業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)使得水泥窯用耐火材料節(jié)能保溫要求日益突出，耐火材料的應(yīng)用技術(shù)是個(gè)系統(tǒng)工程，它以科技研發(fā)為依托才會(huì)得以更好的發(fā)揮應(yīng)有作用。綜合、專業(yè)、配套服務(wù)的體現(xiàn)必將引領(lǐng)耐火材料供應(yīng)商成為水泥生產(chǎn)商的戰(zhàn)略合作伙伴，通過互動(dòng)服務(wù)，達(dá)到雙贏，從而整體提高我國水泥工業(yè)耐火材料應(yīng)用水平。