水泥工業作為我國主要的高耗能、高排放產業，是工業領域節能減排的重點和難點，其節能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業可持續發展起著舉足輕重的作用。水泥窯通過使用隔熱耐火材料節能減排的途徑主要有兩個方面。其一，在窯尾預熱系統、三次風管、冷卻機使用高效能、長壽命隔熱耐火材料；其二，在回轉窯使用高強隔熱燒結耐火材料。窯尾預熱系統等部位的高效能、長壽命耐火材料主要是解決高效能隔熱功能和長時間使用壽命的矛盾。回轉窯使用高強隔熱燒結耐火材料主要隔熱功能和機械強度以及堿侵蝕的問題。

       水泥窯用耐火材料作為水泥窯內襯是水泥回轉窯的關鍵材料，起著維持燒成水泥熟料所需的高溫，同時保護窯爐設備并減少窯爐散熱損失的作用。耐火材料質量優劣、配套的正誤、施工水平的差異、使用及維護的好壞，對水泥生產的產量高低、質量好壞、能耗大小和設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，化合價有+2、+3、+6三種。其中六價鉻更易被人體吸收，通過消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體，而且可在人體內蓄積，有致癌作用。

       在水泥中，鉻元素的存在狀態不同，其中Cr6+逐漸向外浸出時會對水質產生影響。曾經有學者指出，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，溶出量驟然增加，達到2.0～2.5mg/L，而正常的飲用水中六價鉻含量小于0.05mg/L。德國的研究表明，盡管前7天內的溶出較快、溶出量大，后期溶出量較少，但是持續溶出時間還是很長的，據統計，六價鉻在水泥中的溶出時間高達7個月。

       除此之外，鉻在耐材中的應用更為廣泛，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，導熱率低等優點，深受水泥企業喜歡。然而就是如此優質的耐火材料，由于鉻的存在成為了環境污染的又一源頭。

       研究表明，在水泥回轉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%，其主要有害物質為K2CrO4。一般認為重鉻酸根（Cr2O7）2-（橙紅色）比鉻酸根（CrO4）2-（黃色）有更大的危害性。

       針對鎂鉻磚中鉻的危害，中國建筑材料科學研究總院袁林教授舉了個例子：“我國一條4000t/d水泥窯年拆卸鎂鉻殘磚180t，向環境排放Cr6+共180kg。為使環境水達到IV級標準（Cr6+＜0.05mg/L），年需凈水180kg/（0.05×10-6）/1000=360萬噸凈水稀釋。如達到I級標準（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2577mg/kg。該磚可以污染約相當于自身重量25萬倍的純凈水，危害可見一斑。”

       目前，“鉻公害”已經成為了引起國際關注的重大問題。為了限制、禁止六價鉻產品的生產和使用，各個國家相繼制定了相關的法規，其中歐盟發布了WEEE和ROHS兩項指令，禁止六價鉻的產品和工藝美國在全境取消六價鉻的工藝，日本的UE委員會表示采用歐盟兩項指令，全面廢除六價鉻的使用。中國對六價鉻產品的限制更為嚴格，分別在《中國人共和國環境保護法》，《中國人共和國清潔生產促進法》，《關于加強含鉻危險廢物污染防護的通知》，《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》，以及工信部編制并印發了《水泥行業清潔生產技術推行方案》、《關于促進耐火材料產業健康可持續發展的若干意見》等文件中對六價鉻制品有明確的限制和制裁措施。其中，我國國家標準GB-3838-88，在地面水環境質量標準中對Cr6+的含量有明確規定。

       耐材減量節能化趨勢明顯

       根據工信部《關于水泥工業節能減排的指導意見》的要求，到“十二五”末，全國水泥生產平均可比熟料綜合能耗小于114千克標準煤/噸，水泥綜合能耗小于93千克標準煤/噸。水泥顆粒物排放在2009年基礎上降低50%，氮氧化物在2009年基礎上降低25%，二氧化碳排放強度進一步下降，由此可見，節能已經成為水泥行業的關注的又一熱點。

       據業內專家介紹，新型干法水泥窯的龐大的預熱系統因為有隔熱效果極佳的硅酸鈣板作為隔熱材料，只要整體結構不發生變化，不會有明顯的節能效果。國內外的水泥回轉窯內一般都根據各個區間溫度的差異和耐火材料的主要消耗原理嚴格的分為上過渡帶、燒成帶、下過渡帶、分解帶、預熱帶，并根據各個帶的不同選擇不同性能的耐火材料。

       據資料顯示，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，可見在國外回轉窯的耐火材料配置情況這些年來基本沒有發生根本性的變化。

       相比之下，國內大多數水泥回轉窯在耐火材料的選擇一般只分為堿性磚和硅莫磚兩種。據專家介紹，堿性磚和硅莫磚的導熱系數都較高，其中堿性磚在1000℃時的導熱系數要達到3.0w/m.k左右，硅莫磚在1000℃時的導熱系數也要達到2.0~2.2w/m.k左右，這與國際上的回轉窯耐火材料選擇有較大差距。

       基于以上因素，瑞泰科技研發了水泥回轉窯用低導磚，主要應用與水泥回轉窯的預熱分解帶，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的應用收到廣泛好評。

       通過研究，低導磚在滿足工藝使用條件的基礎上，與硅莫磚相比較具有如下特點：

       1.導熱系數低，隔熱性好，減少窯體的散熱損失，直接節能。配合其他耐火材料技術可以獲得節省標煤1kg/t熟料的效果。

       2.穩定性好，較強的耐磨性和抗侵蝕能力，使用壽命能夠滿足回轉窯檢修的同步性。

       3.體積密度小，降低水泥窯的負載，間接節能。

       此外，在保證水泥窯正常運轉的情況下，盡量減少耐火材料的使用量，從而達到間接節能的目的。

       耐火材料在水泥窯整體設備成本中所占比例較低，但在影響水泥窯設備運轉成本中卻非常高--某耐火材料一旦出現出問題就可能導致整窯停止運轉，導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。

       據業內專家介紹，就目前的國內耐火材料生產水平以及水泥企業對窯爐的操控水平來說，達到水泥窯3年2修這個目標是完全可行的，但要基于一下幾點：

       1.對窯爐耐火材料的配置和使用情況的了解。每個窯爐都有其不同的特點，原材料的差異化、窯爐運行特性的差異化、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，這些都會導致耐火材料使用結果的差異化。

       2.耐火材料損毀機理的研究。對耐火材料損毀機理的研究是項基礎工作，對提高和改進耐火材料現有性能做個理論支撐，同時也對未來耐火材料的發展指明方向。

       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用。

       4.提供優質優價的耐火材料。

       5.可信賴的耐火材料施工隊伍和質量。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，對施工水平的重視程度應該和對耐火材料本身質量的重視程度同等重要。

       6.耐火材料全生命周期跟蹤服務和持續改進。

       耐火材料是傳統產業但卻是水泥窯爐必不可少的關鍵材料之一，目前中國水泥工業的現狀賦予了耐火材料產業更多的發展機遇，同時也提出了新的問題和挑戰。中國水泥窯用耐火材料無鉻化進程經歷了相當漫長的階段，對于這樣一個必然的趨勢，一些耐火材料生產企業已經走在了前面，成功研制和生產了無鉻化產品并應用到市場中。水泥企業節能減排的發展目標使得水泥窯用耐火材料節能保溫要求日益突出，耐火材料的應用技術是個系統工程，它以科技研發為依托才會得以更好的發揮應有作用。綜合、專業、配套服務的體現必將引領耐火材料供應商成為水泥生產商的戰略合作伙伴，通過互動服務，達到雙贏，從而整體提高我國水泥工業耐火材料應用水平。