水泥窯機體表面散熱損失很大，其中部分熱損失是可以減少的，切實可行的辦法是在水泥窯的各個系統鑲砌隔熱耐火磚。實踐證明，使用隔熱磚的水泥窯胴體表面的熱流量減少、溫度降低，有利于窯體的維護和工人勞動條件的改善。節能則是設計部門和使用單位普遍關心的問題，這表現在兩個方面：一是使用隔熱磚后，在保持原有窯溫的前提下，由于各個系統機體表面散熱損失的減少而節省了燃料；另一是由于窯內熱工制度變化，在保持原有燃料消耗的水平上，窯溫增高，加速了水泥生料的預熱分解和燃料的煅燒，從而提高了熟料的質量和產量，使熟料熱耗降低，減少了煤耗。實際上這兩者是不能截然分開的，只是所占的比例不同而已。對施工部門來說，采用輕質的襯料可以加快施工進度，減輕窯體重量，節省窯的電耗。正因為有這樣的功能，國內外的水泥窯都普遍使用隔熱磚。各種各樣的隔熱磚基本上可以分為2種類型：用作隔熱層的不直接接觸窯內熱氣流或火焰的隔熱磚；用作工作層的單層或復合隔熱耐火磚。研制工作的難點集中在用作工作層的隔熱耐火磚上，必須保持隔熱磚有較高的氣孔率，以降低導熱系數，而為了確保使用效果又要求它具有足夠的力學強度。對新型干法窯和使用高堿含量原料的回轉窯來說，最重要的是使它們對堿性窯料有高抗蝕性和足夠的耐堿性。
2、水泥窯簡易熱平衡計算
根據原西德專家B.Scheubel，Gottingen等人的資料，可以簡易地計算水泥窯的熱平衡，借以判明各種水泥窯鑲砌隔熱磚后的節能結果。水泥窯所需熱量的簡易算法：輸入“平衡系統”(熟料煅燒)的熱量由燃料提供，支出熱量主要有：(1)系統內部熱損失，包括：1)熟料形成熱；2)蒸發水分消耗的潛熱；3)熟料冷卻機帶走熱；4)通過傳導和輻射產生的窯體散熱損失。(2)系統外部熱損失。系統所需熱能等于系統內部損失乘以f。由于廢氣溫度與窯型密切相關，水泥煅燒系統的外部熱損失主要取決于廢氣溫度，而且當溫度高時該熱損失會增大，所以系統所需熱能可以簡便地計算出來。如已知系統內部的熱損失，則系統所需熱能為內部損失乘以系數f0例如，Φ3.85×96m(800t/d)干法窯的系統內部熱損失為2876kJ/kg熟料，該系統所需熱能為2876×1.48=4256kJ/kg熟料，Φ4.7×62m(1800t/d)預熱器窯系統所需熱能為2662×1.28=3407kJ/kg；Φ4.7×62m(3000t/d)預分解窯系統所需熱能為2625×1.31=3439kJ/kg熟料。由此可見，完善水泥窯的隔熱程度所得到的節能效果并不與窯體散熱損失的絕對值相當，而是與對應于倍增系數f的比窯體散熱損失絕對值更大的數值相當的。
3、水泥窯節能的有效措施
水泥窯是一種高能耗的熱工設備，近代發展起來的各種新型干法窯的主要特色是產量高和熱耗低。即使這些低熱耗的水泥窯的能源消耗也要占到水泥生產成本的40%～60%，其中機體表面散熱損失占燃料輸入熱能的10%～14%。而傳統窯幾乎1/3的機體表面散熱集中在預熱分解帶，因為這一帶的散熱面積可達全窯的50%～70%。而部分機體表面散熱損失是可以通過采用隔熱窯襯而減少的。
盡管采用隔熱窯襯首先是為了節能，但是其技術效果是多方面的。窯胴體表面散熱損失減少后帶來了窯內熱工制度的變化，而只要操作適應這一變化，就可獲得不少的技術經濟效益。早在50年代，國際上就開始研制水泥窯用隔熱磚，并且十分重視其推廣應用工作。時至今日，在水泥窯的各個系統采用隔熱耐火襯里已是世界各國普遍采用的做法，成效顯著。
我國濕法窯胴體散熱損失甚為可觀，平均占熟料熱耗的12%～14%，而大面積采用了隔熱材料的峨眉水泥廠濕法長窯的胴體散熱損失僅占熟料熱耗的7%。另據資料介紹，國內一臺預分解窯，其預熱器系統的總表面積約為2000m2，與同直徑的濕法窯預熱分解帶胴體表面積(989m2)相比，散熱面積增加一倍，而其散熱損失只為后者的45%～60%，此系預分解窯大量采用高效隔熱材料所致。當前我國水泥窯的能耗偏高，與國外先進水平比較差距較大，而且高能耗已經成為制約水泥企業經濟效益提高的重要因素。因此，采用各種措施來實現水泥窯的節能降耗目標是推動水泥工業技術進步的重要任務。其中簡單易行，所需資金又少(且可在短期內回收)的節能辦法就是采用隔熱材料。減少燃料消耗還有利于提高窯產量和降低煙氣排放量并可降低氣風機電耗。在水泥窯的預熱分解帶大面積鑲砌隔熱材料后，該帶的胴體表面溫度降低了，但過渡帶和燒成帶的胴體表面溫度卻提高了。例如某Φ3.5×145m濕法窯在使用了70m左右的隔熱材料之后，過渡帶和燒成帶的胴體表面溫度提高了50～60℃，這主要是因為其窯內溫度已升高造成的，這就為水泥窯的節能增產和提高熱料的質量創造了條件。
4、CB20磚在水泥窯上的應用
4.1、CB20磚的主要物理性能
對新型干法窯和使用堿含量高的回轉窯來說，隔熱磚的重要性能是對堿性窯料有高的抗蝕性和足夠的耐堿性。曾將10克K2CO3裝入Φ20×35mm試體內，在1100℃下保溫48h后，觀察到試體無裂紋，不鼓脹，完好如初，可見其耐堿性良好。另外，對于窯筒部分磚的強度要求較高，因為它要承受較大的機械應力和熱應力，但是提高隔熱磚的力學強度勢必要損害磚的隔熱性能，所以應實事求是地確定它應具有的力學強度。根據國內多年使用經驗和參考國外資料，將CB20磚的耐壓強度確立為15MPa左右。實踐表明，這是合適的。導熱性是另一重要指標，其影響困素主要有磚的礦物組成、氣孔率及使用溫度等。CB20磚的導熱系數(350±10℃)約為0.6W/(m·k)，低于粘土磚、高鋁磚或磷酸鹽磚，因此用CB20磚替代可使水泥窯預熱分解帶的胴體表面溫度降低50～80℃。
4.2、CB20磚在水泥窯上的鑲砌部位
CB20磚已在濕法窯、干法窯、立波爾窯以及預分解窯、預熱器窯上普遍使用，適用部位是窯內1300℃以下的區段。
4.2.1、預熱器窯窯尾，砌筑長度10～12m。
4.2.2、預分解窯窯尾，砌筑長度14～15m。
4.2.3、干法長窯預熱分解帶，砌筑長度40～45m。
4.2.4、濕法長窯預熱分解帶，砌筑長度70～75m。
4.2.5、立波爾窯分解帶，砌筑長度10～15m。
4.3、CB20磚在水泥窯上的應用情況
CB20磚于20世紀90年代由中國建筑材料科學研究院研制成功，現由山東博山中科達耐火材料廠應用其研究成果組織生產。由于設備更新，技術進步，產品質量不斷提高，產量不斷增加，應用面愈來愈廣。中國建筑材料科學研究院和天津水泥設計院、北京瑞泰高溫材料科技股份有限分司在研制開發水泥窯用隔熱耐火材料方面成績卓著；琉璃河水泥廠、小屯水泥廠、浩良河水泥廠、峨眉水泥廠、浙江三獅集團、江油水泥廠、天津水泥廠、天津市振興水泥廠、江西豐城水泥廠、長春雙陽水泥廠和大連水泥廠等眾多水泥廠使用CB20磚均取得了成功經驗，長城鋁業公司、中州鋁廠也在生產氧化鋁熟料的回轉窯上大量使用，由于該磚優良的耐堿蝕性能，使用成效顯著，舉例為下：
4.3.1、浩良河水泥廠Φ3.98×56m2000t/d新型干法窯在距窯口38～43m間鑲砌3.5mCB20磚，1998年施工，運行2年后檢查發現磚面平滑，無炸裂現象，胴體溫度與磷磚相比降低80℃以上。該廠于2000年將距窯口43m以后的區段換砌成CB20磚，至今仍在安全運轉中。天津振興水泥廠新型干法窯的使用效果也甚為理想且使用壽命長達3～4年。
4.3.2、浙江三獅水泥公司的Φ3.5×145m濕法窯的預熱分解帶原來砌筑粉煤灰輕骨料磚，由于炸裂、剝落嚴重，使用壽命短且胴體溫度不斷升高，改砌CB20磚后，情況明顯好轉。該公司每次停窯檢查發現磚面平整光滑，無爆裂、剝落現象，說明該磚具有良好的熱震穩定性及耐磨性，抗化學侵蝕性比較強，壽命可達3～4年?，F該公司5條華新窯大面積使用CB20磚，節能頗為可觀。四川雙馬水泥公司(江油水泥廠)濕法窯的使用效果同樣令人滿意，明顯優于輕骨料磚。
4.3.3、長城鋁業公司的氧化鋁熟料窯的低中溫帶自1991年起即開始試用CB20磚，取得肯定效果后即推廣至所有4條熟料窯。CB20磚使用壽命明顯長于粘土磚和輕骨料磚，其最短壽命為2年3個月，最長為4年11個月，平均壽命比粘土磚高出近一倍之多。該公司認為CB20磚既隔熱耐火又耐堿侵蝕，系多功能耐火磚，最適合氧化鋁熟料窯使用。該磚與粘土磚相比，可降低窯胴體溫度58.3℃，加上因使用壽命延長，減少維修停窯時間而提高熟料產量，其經濟效益顯著。
5、結語
水泥窯預熱分解帶襯料受到的應力不是主要的問題。從有利于熱平衡的角度出發，首要的問題是要在這一帶內使用隔熱窯襯。CB20磚的研制成功雖然為解決這一問題創造了條件，但是要促進水泥窯用耐火材料的技術進步還需研究、生產和使用方面的密切配合和共同努力，以進一步完善水泥窯的節能方案。
