直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚作為水泥回轉窯燒成帶、過渡帶窯襯材料已有悠久歷史。早在上世紀60年代日本就開始著手研制直接結合鎂鉻磚，而尖晶石磚比直接結合鎂鉻磚略晚些。國外在70年代這兩種磚已用于水泥回轉窯，取得良好的使用效果。我國在80年代引進日本旭硝子公司生產的直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚，用于淮海水泥廠Ф5.8m×97m預熱器窯的燒成帶和過渡帶，以后又引進德國雷法公司和奧地利奧美公司的直接結合鎂鉻磚，用于冀東水泥廠、寧國水泥廠4000t/d的Ф4m×60m窯外分解窯。
我們對引進的直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚進行解剖、分析、著手研制。上世紀80年代末在濕法水泥窯上試用，90年代用于2000t/d窯外分解窯上，磚的性能和使用效果均不如國外，其主要原因是我們采用電熔鎂砂作為直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚主要原料之一，電熔鎂砂結晶顆粒大、致密，用于鋼鐵窯生產的襯磚較為合適，它抗侵蝕性強，不易滲透，但致命弱點是襯磚脆性大，熱震穩定性差，因此在水泥窯上的使用效果不如國外磚壽命長。當時國內沒有高純燒結鎂砂，只能用電熔鎂砂來做磚，后來冶金系統引進國外高溫豎窯燒鎂砂，解決了水泥窯用高純燒結鎂砂來生產直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚的問題。
這兩種磚在水泥窯上應用已有40余年的歷史，現在國內外直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚已發展成系列化，有多種產品可供水泥窯應用，德國悟而發白云石公司曾經想用白云石磚來取代直接結合鎂鉻磚，這樣可解決鉻污染問題。因白云石磚極易水化，難于保管，并且使用效果也未證明優于直接結合鎂鉻磚，因此一直未能得到推廣應用。直接結合鎂鉻磚和尖晶石磚能長期應用于水泥窯上，主要是它們的物化性能適用于水泥窯燒成帶和過渡帶的要求。
水泥窯燒成帶、過渡帶的窯襯材料要求耐高溫、耐熱變化、耐化學侵蝕及耐機械破壞等因素，要求比較苛刻，而且是幾種因素復合、交叉破壞襯磚。
由于水泥窯大型化，對耐火材料的要求更高，更苛刻，這也促進了水泥行業用耐火材料的發展。窯徑增大，窯襯壽命降低，窯徑與壽命的關系如下式所示，h=K1/D2。
h：壽命D：窯徑K：系數（系數K與操作條件、砌筑、襯磚質量、使用情況等有關）。
所以窯徑越大，襯磚壽命越短。
針對上述所敘述的大型水泥窯燒成帶、過渡帶用襯磚的破壞因素，經多年來的研制和應用，現已研制成功適用于大型水泥窯燒成帶、過渡帶用的特種直接結合鎂鉻磚和特種尖晶石磚，已在大型水泥窯上應用取得良好的效果，并已推廣。
現將研制和應用狀況分別敘述如下：
特種直接結合鎂鉻磚
1.高純原材料
我們對原材料要求是采用97%氧化鎂含量的高檔燒結球砂和氧化鉻含量高、氧化硅含量低的鉻鐵礦石，并對鉻鐵礦石中的雜質堅持人工檢選。因這種雜質中氧化鉻含量低，而氧化硅與氧化鐵含量高，對生產特種直接結合鎂鉻磚是不利的，它會降低磚的荷重軟化溫度，影響磚的耐高溫性和耐侵蝕能力。鉻鐵礦石對直接結合鎂鉻磚作用很大，它對制品的高溫性能、熱震穩定性、粘掛窯皮保護襯磚均能起到至關重要的作用。并在制磚過程中與MgO形成(MgFe)（CrAl2O4）復合尖晶石，明顯提高磚的熱震穩定性，但加入鉻鐵礦石后當三價鉻與水接觸會轉化成六價鉻，它是有毒的，解決辦法是使用后的廢磚要保管好，不要放在露天，妥善處理，也可將廢磚作為水泥的混合材摻入熟料混合粉磨。
另外加入3%~5%的添加劑來提高特種直接結合鎂鉻磚的熱震穩定性。
2.高科技的破碎裝備和微機自動配料系統
河南真金耐火材料公司生產的產品品種較多，有堿性耐火材料，也有硅酸質酸性耐火材料，所以破粉碎設備一定要單獨使用，避免混雜，影響產品質量。最近，該公司為生產堿性耐火材料又新建了一個破粉碎混煉配料大樓，采用高級破粉碎設備，精確計量儀器、微機自動配料系統和高效率的收塵設備，嚴防粉塵污染。
顆粒微配和成品磚質量有著密切的關系，嚴格采用四級顆粒級配，使磚坯的堆積密度較為理想，燒制的磚符合要求。
3.高壓成型
特種直接結合鎂鉻磚是固—固反應，礦物之間是直接結合，所以磚坯一定要致密，否則，在高溫燒成時，由于顆粒之間不是緊密接觸，就難于引起固—固反應。為此真金公司采用630t、800t摩擦壓力機成型，要求磚坯的體積密度大于3100kg/m3。因成型壓力較大，必須嚴防磚坯產生裂紋和分層。
4.高溫燒成
特種直接結合鎂鉻磚采用節能型高溫隧道窯，燒成溫度大于1700℃，當溫度低于1550℃時，尚未產生直接結合，只是硅酸鹽結合，溫度升至1600℃時方鎂石與鉻鐵礦石中的尖晶石之間，以及方鎂石之間開始產生直接結合，隨著溫度升高，直接結合率提高，當溫度大于1700℃時，直接結合率更高，磚的性能也就更好。在使用過程中磚的破壞因素十分復雜，我們認為提高磚的熱震穩定性能夠減少磚的損壞。因此，采用添加外加劑來提高磚的熱震穩定性。
5.質量檢驗
生產特種直接結合鎂鉻磚的工序按工廠規章制度嚴把質量關，決不允許不符合質量要求的中間產品流入下一個工序，尤其是最后一道工序檢驗特別重要，在產品包裝前認真細致檢查每一塊磚的微細裂紋、尺寸、棱角是否符合要求，保證不合格產品決不出廠，出廠產品合格率為100%。
6.應用
特種直接結合鎂鉻磚，目前已應用在華新水泥集團有限公司、冀東水泥公司、內蒙古烏蘭水泥有限公司、江蘇鶴林水泥公司2000t/d~6000t/d水泥窯燒成帶上，使用均取得很好的效果。僅以華新水泥陽新公司2條6000t/d水泥熟料生產線為例，采用真金牌特種直接結合鎂鉻磚作為燒成帶襯磚，其中K2水泥窯，使用特種直接結合鎂鉻磚壽命高達456天，創造了該公司水泥窯安全運行新紀錄，該公司對此磚的評價，質量優越，供貨及時，現場服務到位。目前真金公司已成為華新水泥集團有限公司耐火材料主供應商，產品已在華新集團20多條窯上使用，其中13條大窯是全套采用真金產品，燒成帶和過渡帶均能同步運行。
從表中可見，特種直接結合鎂鉻磚的理化性能指標不遜于德國雷法公司、奧地利奧美公司的產品，但在某些方面仍有差距，尚存不足之處，如磚的性能不夠穩定，抗壓強度有高有低，強差有時達10MPa以上，磚的尺寸公差也稍大。國外強差小，磚的大小頭尺寸公差小于±0.5mm，并在同一批磚中，磚的尺寸要么是正公差，要么是負公差，實測結果，磚尺寸公差不到0.5mm。國內磚的大小頭尺寸公差規定小于±1mm，可在生產同一批磚時會出現有時正公差，有時負公差，這樣磚的大小頭尺寸公差會超過1mm。
造成國內磚的性能不穩定的因素是多方面的，如原材料質量不穩定，配料不夠正確，成型壓力有高有低等，但前面兩個因素工廠均能控制克服，唯有成型壓力的穩定性難于解決，采用人工操作摩擦壓力機成型，每塊磚需捶打多次，高度很難控制一致，造成磚的尺寸誤差大，又是采用沖擊式捶打，易破損顆粒，影響設計的顆粒級配，這是造成磚性能不穩定的重要原因。
高檔尖晶石磚
高檔尖晶石磚的生產工藝與特種直接結合鎂鉻磚相同之處不再描述。高檔尖晶石磚的原料采用高純燒結鎂砂和氧化鋁含量大于65%的高溫燒結尖晶石砂，尖晶石砂的理論組成是Al2O371.68%，MgO28.32%，這里強調必須采用高鋁含量的尖晶石砂和高純鎂砂，按一定配比成型，經1750℃以上高溫煅燒，才能生產出高檔尖晶石磚。
在制磚過程中，尖晶石砂的摻量一定要適當，加少了起不到尖晶石磚砂的作用，加多了反而對磚的性能不利，因尖晶石中的Al2O3與水泥熟料中CaO會反應，生成低熔點礦物。
高檔尖晶石磚的特性：
1.抗熱震穩定性好
高檔尖晶石磚的重要礦物組成是方鎂石（MgO）和鎂鋁尖晶石（MgAl2O4），它們的膨脹系數不同，磚在高溫燒成時出現固相反應，同時也會造成一部分尖晶石顆粒與方鎂石基質之間產生有效分離，尖晶石顆粒被氣孔所包裹，當磚在使用過程中受到應力和溫度變化時，這些微氣孔可吸收能量和阻止磚的損壞。
2.體積穩定性強
水泥窯以煤為燃料時，窯中經常會在局部地區出現不完全燃燒，存在過量的一氧化碳，由于氧含量的變化，直接結合鎂鉻磚中的鐵的組分就會發生氧化還原反應，如鎂鐵尖晶石磚變化（Mg·Fe2O3），當三價鐵還原成二價鐵時，即產生20%體積收縮，反之體積增大。反復循環，會損壞直接結合鎂鉻磚的結構，而高檔尖晶石磚不存在鐵，所出沒有這種體積變化效應。
3.耐高溫
高檔尖晶石磚中SiO2含量低，所以熔點低的硅酸鹽礦物很少，均是由熔點高的礦物組成，如方鎂鋁（熔點2850℃）鎂鋁尖晶石（熔點2135℃），因此它具有耐高溫的性能。
4.抗侵蝕能力強
高檔尖晶石磚組成主要是方鎂石和鎂鋁尖晶石，硅酸鹽相極少，所以抗堿侵蝕能力強。
5.無害環保
高檔尖晶石磚中沒有鉻成分，它是一種環保產品。
高檔尖晶石磚的理化性能很多方面比直接結合鎂鉻磚優越，如抗壓強度高，大于50MPa，荷重軟化溫度高T0.6≥1650℃，熱震穩定性好，大于12次，根據它的理化性能，適用于大型水泥回轉窯過渡帶。但高檔尖晶石磚的導熱系數比直接結合鎂鉻磚還要大些，800℃的導熱系數為3.0W/mk，因此，高檔尖晶石磚在水泥窯過渡帶浮窯皮或無窯皮處使用較長時間后，殘磚厚度到100mm~120mm時，最好不要采用較長火焰煅燒，如過渡帶溫度過高，由于磚的導熱系數大，有可能產生胴體過熱現象。
（標簽： 尖晶石
